Đồ án Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng công nghệ đo ảnh số

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K461 Mục lục Trang Lời nói đầu ……………………………………………………………………..2 Chương 1: Bản đồ địa hình và các phương pháp thành lập BĐĐH…………………...4 1.1.Giới thiệu chung về bản đồ địa hình………………………………………..4 1.2.Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình…………………….................18 Chương 2: Công nghệ thành lập BĐĐH bằng phương pháp đo ảnh số…..23 2.1. Khái niệm chung về ảnh số………………………………………………23 2.2. Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số…………………….……..………………….27 2.3. Một số kỹ thuật xử lý ảnh số……………………………………………..35 2.4. Kỹ thuật khớp ảnh………………………………………………………..36 2.5. Quy trình đo vẽ BĐĐH bằng phương pháp đo ảnh số……………….…..40 Chương3: Độ chính xác của bản đồ địa hình được thành lập bằng công nghệ đo ảnh số …..……………………………………………...54 3.1. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ địa hình …….54 3.2 .Sai số của tấm ảnh hàng không…………………………………………..54 3.3. Sai số trong quá trình đo ảnh …………………………………………….60 3.4. Sai số của phương pháp…………………………………………………..66 3.5. Ưu nhược điểm của phương pháp..……………………………………....66 Chương 4: Phần thực nghiệm……………………………………...............69 4.1. Khái quát tình hình đặc điểm khu đo …………………………………...69 4.2 Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn khu vực Tùng Lâm…..………………76 Kết luận và kiến nghị …………………………………………………………90 Tài liệu tham khảo………………………………………………………….....94 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K462 Lời nói đầu Trong những năm gần đây khoa học công nghệ ngày càng phát triển đặc biệt là công nghệ tin học nó đã thúc đẩy sự phát triển hầu hết các ngành khoa học trong đó có ngành khoa học đo ảnh. Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công nghệ thông tin cộng với sự phát triển ngày càng hoàn thiện của lý thuyết đo ảnh trong những thập kỹ gần đây đã cho ra đời phương pháp đo ảnh mới đo ảnh mới đó là phương pháp đo ảnh số. Trước đây việc xử lý các tấm ảnh tương tự trên các máy toàn năng cồng kềnh, sản phẩm làm ra lưu trữ rất khó khăn thì giờ đây nhờ có việc đo vẽ trên các trạm ảnh số chuyên dùng, các tấm ảnh được xử lý nhanh chóng với sự tự động hóa cao, cho ra những sản phẩm nhanh chóng với sự tự động hóa cao, cho ra những sản phẩm đa dạng và khả năng cập nhật thông tin nhanh, quản lý lưu trữ rất thuận lợi và dễ dàng. Như chúng ta đã biết công tác thành lập bản đồ trên trạm ảnh số thì sự thay đổi lớn nhất so với phương pháp tương tự và giải tích là thiết bị máy móc, công nghệ và các công cụ hỗ trợ ở yếu tố con người tham gia vào quá trình sản xuất và các sản phẩm mới được tạo ra. Tuy nhiên ảnh số không làm thay đổi nguyên lý đo vẽ ảnh. Việc thành lập, đo vẽ bản đồ trên trạm ảnh số nhờ áp dụng những thành tựu tin học đã cho chúng ta những sản phẩm có chất lượng cao và nhanh chóng, tính kinh tế cao. ảnh số không những phản ánh chính xác khách quan các đối tượng cần đo vẽ bởi vì nó thể hiện ở dạng không gian ba chiều (X, Y, Z) mà bảo quản nó cũng rất dễ dàng và thuận tiện. Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển đặc biệt là trong lĩnh vực thông tin. Muốn nâng cao chất lượng, khả năng tự động hóa của quá trình sản xuất bản đồ thì cần phải có những quy trình sản xuất hợp lý. Để làm rõ được điều này chúng ta cần hiểu rõ về quá trình sản xuất bản đồ từ đó có những thay đổi phù hợp với sự phát triển mới là điều hết sức cần thiết đối với mỗi người đặc biệt là chúng tôi những sinh viên sắp ra trường. Căn cứ vào điều kiện, cơ sở của Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K463 bộ môn trắc địa ảnh cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Trần Đình Trí tôi đã thực hiện đồ án tốt nghiệp này với đề tài: “Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng công nghệ đo ảnh số”. Nội dung của đồ án được trình bày cụ thể và chi tiết trong bốn chương như sau: Lời nói đầu Chương 1: Bản đồ địa hình và các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Chương 2: Quy trình thành lập bản đồ địa hình bằng công nghệ đo ảnh số. Chương 3: Độ chính xác bản đồ địa hình được thành lập bằng công nghệ đo ảnh số. Chương 4: Thực nghiệm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1 : 2000. Kết luận và kiến nghị. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến Sĩ Trần Đình Trí đã nhiệt tình chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong trường, khoa trắc địa, mộ môn trắc địa đã dạy bảo em trong suốt năm năm học qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên. Mặc dù đã có nhiều cố gắng tìm tòi học hỏi nhưng với trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót chính vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong Bộ môn đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp. Hà nội, tháng 10/2006 Sinh viên: Trần Thị ái Lan Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K464 Chương 1 bản đồ địa hình và các phương pháp thành lập bản đồ địa hình 1.1. Giới thiệu chung về bản đồ địa hình 1.1.1. Khái niệm về bản đồ địa hình Công tác đo vẽ bản đồ địa hình là một nhu cầu thiết yếu và nó đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trong ngành trắc địa bản đồ và các ngành khác có liên quan. Bản đồ địa hình không những có vai trò trò quan trọng trong đời sống xã hội, phục vụ cho sản xuất, nghiên cứu khoa học và an ninh quốc phòng mà nó còn cơ sở dựa vào đó để thành lập các bản đồ chuyên đề. Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ một phần hay toàn bộ bề mặt trái đất dựa trên một quy luật toán học nhất định, các yếu tố nội dung được thể hiện bằng ngôn ngữ bản đồ và đã thông qua một quá trình tổng quát hoá nhằm phản ánh sự phân bố các tính chất, các mối quan hệ, sự biến đổi các đối tượng và các hiện tượng tự nhiên, kinh tế xã hội phù hợp với mục đích sử dụng đề tài, tỷ lệ bản đồ và các đặc điểm địa lý lãnh thổ. Bản đồ địa hình thuộc loại bản đồ địa lý chung. Nội dung bản đồ địa hình bao gồm các yếu tố sau: thuỷ hệ, đường giao thông, dáng đất, lớp phủ thực vật, thổ nhưỡng… Tuỳ theo mức độ đầy đủ của nội dung mà mức độ tỷ mỉ, chi tiết của các đặc trưng cho các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bản đồ địa hình thuộc nhóm bản đồ trang trí . Bản đồ địa hình có vai trò rất lớn trong thực tế sản xuất, trong nghiên cứu khoa học và trong nghiên cứu quân sự, các bản đồ địa hình là các tài liệu cơ bản dùng để thành lập bản đồ tỷ lệ bé hơn. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K465 Phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ mà mức độ sử dụng chúng khác nhau. ví dụ: để lập một kế hoạch chung cho một công trình xây dựng thường dùng loại bản đồ địa hình khái quát. Nhưng để khảo sát công trình và thiết kế các công trình thì người ta lại dùng bản đồ địa hình lớn. Để giải quyết một công tác thiết kế, khảo sát nào đó về tổ chức kinh tế hoặc bảo vệ đất nước, người ta dùng một bộ bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau của từng lảnh thổ khác nhau.Vì vậy yêu cầu nội dung của bản đồ địa hình ở các tỷ lệ khác nhau phải phù hợp với nhau . 1.1.2. Nội dung của bản đồ địa hình Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình là: thuỷ hệ, các điểm dân cư, các đối tượng công nghiệp, nông nghiệp, văn hoá, mạng lưới các đường giao thông, dáng đất, lớp phủ thực vật và thổ nhưỡng, các đường ranh giới…tất cả các đối tượng nói trên được ghi chú các đặc trưng chất lượng. Khi sử dụng bản đồ địa hình thì việc định hướng có ý nghĩa quan trọng. Do vậy các vật định hướng cũng là yếu tố của nội dung của bản đồ địa hình. Trong bản đồ địa hình yếu tố đặc trưng là độ cao của các yếu tố địa hình địa vật. Do đó trên bản đồ địa hình phải có đầy đủ các yếu tố xây dựng cơ sở toán học bao gồm: - Cơ sở trắc địa là các điểm của lưới trắc địa nhà nước và các điểm của lưới đo vẽ mặt bằng. - Cơ sở độ cao là các điểm mà độ cao của chúng được xác định bằng phương pháp hình học hoặc độ cao lượng giác. Bản đồ địa hình còn thể hiện nội dung về các yếu tố địa hình địa vật, dân cư. - Các địa vật đặc trưng, độc lập có thể làm những vật định hướng. - Hệ thống đường giao thông, đặc điểm chất lượng đường và các công trình xây dựng phụ cận. - Hệ thống thuỷ hệ và các công trình xây dựng trên nó. - Dân cư và ghi chú dân cư theo đặc điểm về loại cư trú, số lượng người. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K466 - Dáng đất, các điểm ghi chú độ cao. - Lớp phủ thực vật và đất đá, đầm lầy, rừng, bụi cây, thảo nguyên, sa mạc… - Ranh giới hành chính - chính trị của các khu vực. Sau đây ta sẽ đề cập đến một số đối tượng trong nội dung bản đồ địa hình. 1. Địa vật định hướng. Đó là những đối tượng của khu vực, nó cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng và chính xác trên bản đồ (ví dụ: các toà nhà cao, nhà thờ, cột cây số…) Các địa vật định hướng còn cả một số địa vật không nhô cao so với mặt đất nhưng dễ dàng nhận biết (ngã ba, ngã tư đường, các giếng ở ngoài vùng dân cư, cây độc lập..) 2. Hệ thống thuỷ văn. Các yếu tố thuỷ hệ được biểu thị tỷ mỉ trên bản đồ địa hình. Trên bản đồ biểu thị các đường bờ biển, bờ hồ, bờ của các con sông lớn được vẽ bằng hai nét. Trên bản đồ biểu thị tất cả các con sông có chiều dài từ 1 cm trở lên. Ngoài ra còn thể hiện các kênh đào, mương máng, các nguồn nước tự nhiên và nhân tạo. Đồng thời còn phải thể hiện các thiết bị thuộc thuỷ hệ như: (các bến cảng, cầu, cống, trạm thuỷ điện, đập…) Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn được bổ sung bằng các đặc trưng chất lượng và số lượng, độ mặn của nước, đặc điểm độ cao của đường bờ, độ sâu và độ rộng của sông, tốc độ nước chảy. Trên bản đồ sông được thể hiện bằng một nét hay hai nét phụ thuộc vào độ rộng của nó ở thực địa và tỷ lệ bản đồ. 3. Các điểm dân cư. Các điểm dân cư là một trong yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địa hình . Các điểm dân cư được đặc trưng bởi kiểu cư trú, số người và ý nghĩa hành chính chính trị của nó. Theo kiểu cư trú phân ra làm các nhóm: Các thành phố, các điểm dân cư kiểu thành phố (khu công nhân, khu phố, ven đường sắt, nơi nghỉ mát) Các điểm dân cư nông thôn (thôn, ấp, nhà độc lập) kiểu dân cư được thể hiện trên bản đồ địa hình bằng kiểu ghi chú tên của nó. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K467 Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ địa hình phải giữ được đặc điểm, đặc trưng của chúng về quy hoạch cấu trúc. Trên các bản đồ tỷ lệ càng lớn thì sự biểu thị các điểm dân cư càng tỷ mỉ, khi thu nhỏ tỷ lệ phải tiến hành tổng quát hoá. Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 có thể biểu thị tất cả các vật kiến trúc theo kích thước của chúng, đồng thời thể hiện được đặc điểm của địa vật đặc trưng của vật liệu xây dựng, độ rộng của các đường trong khu dân cư cũng được thể hiện theo đúng tỷ lệ. Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 các điểm dân cư được thể hiện bằng quy ước ký hiệu các ngôi nhà và các kiến trúc riêng biệt. Nhưng trong đó phải có lựa chọn nhất định. Trong một số trường hợp phải thay đổi kích thước về mặt bằng độ rộng của đường sá trong khu dân cư. Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25000 đến 1:100000 thì sự biểu thị không phải chủ yếu là các vật kiến trúc riêng biệt mà là các ô phố. Trong đó đặc trưng số lượng được khái quát. Với bản đồ 1:100 000 thì các ngôi nhà trong ô phố không được thể hiện. Sự biểu thị các đường phố vớ độ rộng quy định (0.5-0.8 mm) điều này mang đến sự ảnh hưởng là giảm diện tích các ô phố trên bản đồ. Các bản đồ tỷ lệ 1:100 000 và nhỏ hơn phải biểu thị tất cả các điểm dân cư. 4. Mạng lưới đường sá giao thông và đường dây liên lạc. Trên các bản đồ địa hình mạng lưới đường sá được thể hiện tỷ mỉ về khả năng giao thông và trạng thái của đường. Mạng lưới đường sá được thể hiện chi tiết hoặc là khái lược tuỳ thuộc vào bản đồ. Do vậy cần phải phản ánh đúng đắn mật độ của lưới đường sá giao thông cụ thể là hướng, vị trí của các con đường và chất lượng của chúng. Trong các bản đồ địa hình đường sá được phân ra thành nhiều loại gồm: đường sắt, đường rải mặt, đường đất. Các đường sắt được phân chia theo độ rộng của các đường ray, theo số đường ray, trạng thái của đường, dạng đầu máy xe lửa. Trên đường sắt phải biểu thị được các nhà ga, các kiến trúc và trang thiết bị thuộc đường Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K468 sắt (tháp nước, trạm canh, các đoạn đường ngầm, các đoạn đường đắp cao, cầu cống…) Ngoài ra còn có các loại đường cũng phải đề cập trên bản đồ là: - Các đường quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ. - Các đường rải nhựa tốt. - Các đường đá. - Các đường đất lớn. - Các đường mòn. - Các đường mòn trên các bản đồ tỷ lệ 1:10 000 và lớn hơn thể hiện tất cả các con đường, trên các bản đồ tỷ lệ 1:25 000 thì thể hiện có sự lựa chọn như con đường trên đồng ruộng và ở những nơi đường xá có mật độ cao. Còn ở các bản đồ có tỷ lệ nhỏ hơn thì sự lựa chọn phải có sự khái quát cao hơn - Khi lựa chọn phải xét được ý nghĩa của các đường xá, phải biểu thị những con đường đảm bảo mối liên hệ giữa dân cư với nhau, với các nhà ga, xe lửa, bến tàu, sân bay và các con đường dẫn đến nguồn nước. - Đặc điểm là khi biểu diễn lưới đường sá trên bản đồ địa hình là phải truyền đạt chính xác đường sá đảm bảo chất lượng theo đúng tỷ lệ bản đồ. Ngoài ra trên bản đồ địa hình cần phải thể hiện rõ đường dây liên lạc đó là các đường điện thoại đường điện báo, các trạm liên lạc, trạm điện thoại, điện báo trạm vô tuyến, đường dây điện cao thế và cả trạm biến áp. 5. Dáng địa hình. Dáng đất trên bản đồ địa hình được biểu thị bằng các đường bình độ khoảng cao đều được quy định theo từng tỷ lệ bản đồ. Cần thể hiện đầy đủ các tính chất đặc trưng của địa hình đảm bảo cho mục đích xây dựng đặc biệt là ở đồng bằng. Khi cần thiết có thể biểu thị thêm các đường bình độ phụ (bình độ nửa khoảng cao đều) và đường bình độ bổ sung. Trong nhiều trường hợp người ta còn tăng dày khoảng cao đều cơ bản, khoảng cao đều lớn nhất thường dùng cho các vùng núi cao. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K469 Trên bản đồ phải biểu thị đầy đủ các dạng địa hình có liên quan đến sự hình thành tự nhiên (như các dãy núi của đỉnh núi, yên núi, thung lũng…) và các địa hình nhân tạo (như chỗ đào sâu, chỗ đắp cao, các loại đê đập ngăn nước, các ngôi mộ cổ…). Trước tiên cần xác định đặc điểm chung của dáng đất và vạch ra dạng địa hình cơ bản đặc trưng cho dáng đất, chỉ ra các điểm quan trọng phản ánh được đặc điểm độ dốc của các sườn gần đỉnh, đặc điểm của lòng máng mương suối. Để đặc trưng đầy đủ hơn cho địa hình trên bản đồ người ta còn ghi chú độ cao đường bình độ, độ cao của các điểm có tính chất khống chế. Để được địa hình, trên các đường bình độ ở đỉnh, ở yên núi hoặc ở nơi dạng địa hình không rõ ràng người ta còn đặt vạch chỉ dốc. Những yếu tố dáng đất mà đường bình độ không thể hiện được thì được biểu thị bằng các ký hiệu riêng (ví dụ: vách đứng, núi đá vôi) ngoài ra trên bản đồ địa hình còn ghi chú độ cao. Trước khi biên vẽ dáng đất thì phải xác định rõ những đặc điểm chung và những dạng địa hình cơ bản và đặc trưng của nó. 6. Lớp phủ thực vật và đất. Trên các bản đồ địa hình các loại rừng, vườn cây, đồn điền, ruộng, đồng cỏ, thảo nguyên, cát mặn… Ranh giới của các khu thực phủ và của các loại đất thì được biểu thị bằng các đường chấm. Còn diện tích bên trong đường viền thì vẽ các ký hiệu quy ước đặc trưng cho từng loại đất (trừ ruộng cày cấy thì diện tích để trống) ranh giới đường viền yêu cầu cần phải rõ nét, rõ ràng đặc biệt là các chỗ chẳng hạn dùng các ký hiệu khác nhau để phân biệt loại đầm lầy, đầm qua lại được, đầm khó đi qua và đầm không đi qua được. Ngoài ra còn phải ghi chú độ sâu của đầm (tính tới nơi đất cứng) Rừng được phân ra rừng già, rừng non, rừng dày, rừng thưa và ghi chú độ cao của cây, đường kính, loại cây trồng. Đồng cỏ phân ra đồng cỏ khô, đồng cỏ ướt. Thảo nguyên phân ra thảo nguyên có cây, thảo nguyên bán hoang mạc, thảo nguyên có đá. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4610 Khi tiến hành vẽ thực vật và loại đất đá thì đều phải tiến hành lựa chọn và khái quát việc chọn lọc dựa theo tiêu chuẩn kích thước diện tích nhỏ nhất của các đường viền thể hiện trên bản đồ. Nên những nơi tập trung nhiều đường viền có diện tích nhỏ hơn tiêu chuẩn thì không được loại bỏ mà phải thể hiện bằng cách kết hợp với các loại đất hoặc thực vật hoặc gộp vào một đường viền chung, hoặc dùng ký hiệu quy ước không cần đường viền. Ranh giới của các loại thực vật và đất cần được thể hiện chính xác về phương diện đồ hoạ, thể hiện rõ ràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hướng. 7. Ranh giới địa giới hành chính. Ngoài đường biên giới quốc gia trên các bản đồ địa hình còn phải biểu thị các địa giới của các cấp hành chính. Cụ thể là trên các bản đồ có tỷ lệ 1:5000 và lớn hơn thì biểu thị từ địa giới xã trở lên, trên bản đồ tỷ lệ 1:100000 thì không biểu thị địa giới xã. Các đường ranh giới phân chia hành chính- chính trị đòi hỏi phải biểu thị rõ ràng, chính xác. 1.1.3. Phân loại tỷ lệ và chia mảnh bản đồ địa hình. 1. Phân loại theo tỷ lệ. Bản đồ tỷ lệ lớn thành lập trên mặt phẳng chiếu hình Gauss, Elipxoid Kraopxki hoặc UTM theo hệ toạ độ cao nhà nước 1972 hoặc VN-2000. Bản đồ địa hình các loại tỷ lệ 1:500; 1:1000; 1:2000; 1:5000 là hệ thống bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Bản đồ tỷ lệ trung bình (1:10000 đến 1:50000) Bản đồ tỷ lệ nhỏ (1:100000 đến 1:1000000 hoặc nhỏ hơn). Trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn đòi hỏi độ chính xác cao hệ thống các điểm khống chế trắc địa, công tác biên vẽ các đối tượng địa hình, địa vật. Nội dung thể hiện trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn phải chi tiết, rõ ràng truyền tải đầy đủ thông tin đến cho người sử dụng. 2. phân mảnh bản đồ địa hình. Bản đồ địa hình tỷ lệ lớn 1:500; 1:1000; 1:5000 được thành lập ở các múi chiếu 30 trên bề mặt phẳng chiếu hình Gauss và trong hệ toạ độ, độ cao nhà nước hiện Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4611 hành. Khi diện tích khu đo nhỏ hơn 20 km2 và nằm cách xa mốc trắc địa nhà nước 10 km thì sử dụng hệ toạ độ độc lập để đo vẽ. Dựa vào diện tích khu đo để phân chia và đánh dấu mảnh bản đồ. Phân mảnh bản đồ 1:1000000 ra 144 mảnh 1:100000 ký hiệu theo thứ tự từ 1 đến 144 từ trái qua phải và từ trên xuống dưới, mỗi mảnh bản đồ này là cơ sở phân chia các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn. + Đối với diện tích lớn hơn 20 km2 tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ tỷ lệ 1:5000, 1:2000. - Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:100000 thành 386 mảnh 1:5000 - Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5000 thành 6 phần, mỗi phần tương ứng với một mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000 + Đối với khu đo có diện tích bằng hoặc nhỏ hơn 20km2 tiến hành đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:500; 1:1000; 1:2000; 1:5000. Trường hợp này chia và đánh số mảnh dựa vào trục toạ độ và lấy cơ sở là mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5000 đồng thời đảm bảo sự thống nhất và liên tục cho việc đo vẽ tiếp theo. - Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5000 thành 9 ô vuông, mỗi ô có kích thước 1x1 km tương ứng với một mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000 - Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000 thành 4 mảnh, mỗi mảnh có kích thước 0.5 x 0.5 km tương ứng với mảnh bản đồ tỷ lệ 1:1000 - Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000 thành 16 mảnh, có kích thước là 0.25 x 0.25 km tương ứng với mảnh bản đồ tỷ lệ 1:500 1.1.4. Cơ sở toán học khi thành lập bản đồ địa hình. 1. Về tỷ lệ bản đồ địa hình. Theo quy phạm bản đồ địa hình thì nước ta cũng cùng dãy tỷ lệ như hầu hết các nước khác trên thế giới, gồm các loại tỷ lệ sau: 1:2000; 1:5000; 1:10000; 1:25000; 1:50000; 1: 100000. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4612 Các loại bản đồ địa hình ở nước ta cơ bản được xây dựng trong phép chiếu Gauss kruger hoặc phép chiếu UTM. Trong hệ thống múi chiếu 60 được phép sử dụng thành lập với các bản đồ tỷ lệ 1:10000 và nhỏ hơn.Trong hệ múi chiếu 30 được sử dụng thành lập với các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn 1:10000. 2. Về hệ thống toạ độ bản đồ địa hình. Bản đồ địa hình dùng hai loại hệ toạ độ đó là hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ vuông góc. Trên cơ sở phép chiếu Gauss Kruger + Hệ thống khống chế toạ độ nhà nước bao gồm: - Lưới toạ độ nhà nước hạng I, II, III, IV. - Lưới toạ độ cơ sở tương đương với lưới toạ độ hạng III. - Lưới toạ độ giải tích cấp I, II. - Lưới tam giác nhỏ, đường chuyền kinh vĩ cấp I, II. + Hệ thống khống chế độ cao của nhà nước bao gồm: - Lưới độ cao nhà nước hạng I, II, III, IV. - Lưới độ cao kỹ thuật. - Lưới độ cao đo vẽ. +Khi thành lập bản đồ ở khu vực nhỏ và độc lập, người ta sử dụng hệ toạ độ vuông góc, và được quy ước gốc của hệ toạ độ này thường được chọn là gốc Tây Nam. Trục X theo hướng Bắc, trục Y vuông góc với trục X theo hướng Đông. Hiện nay, ở nước ta đã chính thức sử dụng hệ VN-2000, hệ VN-2000 có các tham số chính sau: Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS-84 toàn cầu được xác định vị trí (định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài có độ cao thuỷ chuẩn phân bố đều trên lãnh thổ. Điểm gốc toạ độ quốc gia: điểm Noo đặt tại viện nghiên cứu địa chính thuộc tổng cục địa chính. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4613 Ngoài ra, hệ toạ độ nhà nước còn sử dụng hệ toạ độ phẳng UTM quốc tế. Thực chất hệ toạ độ này trong cùng một hệ quy chiếu được tính thông qua hệ toạ độ phẳng của phép chiếu Gauss Kruger theo công thức: XUTM=K0*XG YUTM=K0*(YG-500000) + 500000 TUTM=TG MUTM=K0*MG Trong đó: K0=0.9996 dùng cho múi chiếu 60. K0=0.9999 dùng cho múi chiếu 30. XUTM YUTM là toạ độ phẳng của lưới chiếu UTM. XG YG là toạ độ phẳng của lưới chiếu Gauss Kruger MUTM,MG là tỷ lệ biến dạng chiều dài tương ứng của lưới chiếu UTM và Gauss Kruger. 3. Các phép chiếu trong bản đồ địa hình. Nước ta các bản đồ được thành lập trong phép chiếu Gauss Kruger (phép chiếu đồng góc ) hoặc phép chiếu UTM (phép chiếu hình trụ ngang đồng góc ). Bản đồ địa hình tỷ lệ lớn được đo vẽ bằng hai phương pháp: - Đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng máy bàn đạc, máy toàn đạc và các dụng cụ đo vẽ khác. - Đo vẽ ảnh chụp từ trên máy bay hoặc ảnh chụp trên mặt đất. Tuỳ thuộc vào diện tích, điều kiện khu đo vẽ, chọn phương pháp đo vẽ phù hợp. Đối với khu đo có diện tích nhỏ thường sử dụng đo vẽ trực tiếp hoặc phối hợp phương pháp đo vẽ ảnh . Đối với khu vực có diện tích lớn hơn sử dụng phương pháp đo vẽ ảnh máy bay, còn đo vẽ ảnh mặt đất chỉ tiến hành ở vùng đồi núi trọc, để phù hợp với địa hình, địa vật khu đo và mục đích yêu cầu sử dụng bản đồ để thành lập các loại tỷ lệ bản đồ địa hình khác nhau. 1.1.5. Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4614 Yếu tố đặc trưng quan trọng của chất lượng một tờ bản đồ địa hình là độ chính xác đo và vẽ bản đồ. Nếu độ chính xác của bản đồ quá thấp thì nó không đáp ứng được yêu cầu sử dụng, ngược lại nếu quy định độ chính xác quá cao sẽ gây khó khăn cho công tác đo vẽ và tăng giá thành của sản phẩm. Người ta thường đánh giá độ chính xác của bản đồ địa hình theo ba yếu tố cơ bản, đó là độ chính xác vị trí mặt phẳng và độ cao các điểm khống chế trắc địa, độ chính xác vị trí mặt bằng của các điểm địa vật và cuối cùng là độ chính xác biểu diễn địa hình bằng đường đồng mức. Tuỳ theo yêu cầu, mục đích sử dụng để xác định tỷ lệ bản đồ cần thành lập. - Nội dung bản đồ gốc. - Phụ thuộc mức độ khó khăn của địa hình. - Diện tích, kích thước và mức độ chi tiết của các yếu tố địa hình, địa vật. Theo các nghiên cứu tỷ lệ bản đồ địa hình được coi là phù hợp cho từng vùng sau: - Miền núi và trung du: 1:5000 đến 1:10000 và 1:25000. - Đồng bằng : 1:1000 đến 1:5000 - Khu vực đô thị: 1:1000; 1:500; 1:200. Nội dung trên bản đồ tỷ lệ lớn luôn thể hiện một cách đầy đủ chính xác hơn các bản đồ tỷ lệ khác. Do đó ngay từ khâu khảo sát địa hình, lập lưới khống chế trắc địa đến điều vẽ biên tập bản đồ luôn đòi hỏi độ chính xác cao. - Đảm bảo độ chính xác cao theo đúng yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại tỷ lệ bản đồ. - Thể hiện đầy đủ chi tiết các yếu tố nội dung theo đúng yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại bản đồ. - Bản đồ địa hình cần phải rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hướng dễ dàng nhanh chóng ngoài thực địa. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4615 - Các yếu tố biểu thị trên bản đồ cần phải đầy đủ, chính xác. Mức độ đầy đủ và tỷ mỉ phải phù hợp với mục đích sử dụng bản đồ và đặc điểm khu đo. Độ chính xác biểu thị các yếu tố nội dung cần phù hợp với tỷ lệ bản đồ. - Chất lượng của bản đồ phải có chất lượng cao để bảo quản, lưu trữ được lâu dài. Sau đây là một số quy định trong quy phạm trong thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn của cục Đo đạc và Bản đồ Nhà Nước. - Sai số trung bình của vị trí điểm địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí điểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế mặt bằng) không được vượt quá quy định dưới đây (tính theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập):  0.5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng hoặc vùng đồi.  0.7 mm khi thành lập bản đổ ở vùng núi cao. Khi thành lập bản đồ ở vùng đã xây dựng cơ bản, xây dựng theo quy hoạch và xây dựng nhà nhiều tầng, sai số trung bình của vị trí tương quan giữa các điểm tương quan giữa các điểm địa vật quan trọng ( như các công trình chính, các toà nhà …) không được vượt quá 0.4 mm. - Sai số trung bình về độ cao của đường bình độ, độ cao của các điểm đặc trưng địa hình và điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao của điểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế độ cao) không được vượt quá quy định nêu ở bảng dưới đây (lấy khoảng cao đều của đường bình độ làm đơn vị) Khoảng cao Sai số trung bình về độ cao đường bình độ đều(m) (Khoảng cao đều) 1/500 1/1000 2/2000 1/5000 1/10000 1/25000 0.25 1/4 1/4 - - - - 0.5 1/4 1/4 1/4 1/3 - - 1.00 1/4 1/4 1/4 1/4 1/4 - 2.5 - - - 1/3 1/3 1/3 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4616 5.00 - - - - 1/2 1/2 10.00 - - - - - 1/2 Trong trường hợp đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:500, 1:1000 ở vùng có độ dốc trên 100, đo vẽ bản đồ tỷ lệ từ 1:2000 đến bản đồ tỷ lệ 1:25000 ở vùng có độ dốc 150 thì số đường bình độ phải phù hợp với độ cao xác định tại chổ thay đổi độ dốc và phải phù hợp với độ cao của các điểm đặc trưng địa hình. Đối với các khu vực ẩn khuất, đầm lầy, bãi cát không ổn định v v … các sai số nói trên tăng thêm 1.5 lần. - Sai số giới hạn của vị trí điểm địa vật, của độ cao đường bình độ, độ cao của điểm ghi chú độ cao, độ cao điểm đặc trưng địa hình quy định là 2 lần sai số nêu trên. Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không vượt quá sai số giới hạn. Số lượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không được vượt quá 10% tổng số các trường hợp kiểm tra. Các sai số trong mọi trường hợp không được mang tính chất hệ thống. - Sai số vị trí của điểm tăng dày so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ ngoại nghiệp gần nhất không được vượt quá quy định sau: Về mặt phẳng (tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập):  0.35 mm đối với vùng đồng bằng và vùng đồi.  0.5mm đối với vùng núi và núi cao. Về độ cao, các giá trị nêu ở bảng dưới đây (lấy khoảng cao đều của đường bình độ làm đơn vị). Khoảng cao Sai số trung bình về độ cao đường bình độ đều(m) ( Khoảng cao đều ) 1/500 1/1000 2/2000. 1/5000. 1/10000 1/25000 0.5 1/5 1/5 - - - - 1 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 - Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4617 2.5 - - - - 1/4 1/4 5 - - - - 1/3 1/3 10 - - - - - 1/3 Sai số giới hạn của điểm tăng dày quy định là 2 lần sai số trung bình nói trên. Khi kiểm tra, sai số lớn nhất về vị trí của điểm tăng dày không vượt quá sai số giới hạn và số lượng sai số có giá trị bằng sai số dưới hạn không vượt quá : Về mặt phẳng : 5% tổng số các trường hợp. Về độ cao : 5% tổng số các trường hợp ở vùng quang đãng. 10% tổng số các trường hợp ở vùng ẩn khuất đầm lầy, bãi cát không ổn định … Trong mọi trường hợp các sai số nói trên không được mang tính hệ thống. Trên đây là mọi quy định của các đường bình độ trên bản đồ được quy định như sau: TT Tỷ lệ bản đồ Khoảng cao đều (m) Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất 1 1:2 000 0.5 1 2 2 1:5 000 1 2 5 3 1:10 000 2.5 2.5 5 4 1:25 000 2.5 5 10 5 1:50 000 10 10 20 6 1:100 000 20 20 40 7 1:200 000 20 20 40 8 1:500 000 50 50 100 9 1:1000 000 50 100 200 Ngoài các điểm đặc trưng địa hình, bản đồ phải có các điểm ghi chú độ cao. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4618 Số lượng điểm đặc trưng địa hình và ghi chú điểm độ cao trên 1 dm2 bản đồ không ít hơn 10 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, núi cao và 15 điểm khi đo vẽ ở vùng đồi và vùng đồng phẳng. Trong các trường hợp đặc biệt như khi đo vẽ ở vùng dân cư dày đặc, vùng có địa hình biến đổi đều và có quy luật… thì số lượng điểm nêu trên cũng được giảm bớt nhưng cũng không ít hơn 8 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, núi cao và 10 điểm khi đo vẽ ở vùng đồng bằng, vùng đồi. Quy định này phải được nêu rõ trong thiết kế kỹ thuật của khu đo. Độ chính xác xây dựng lưới khống chế địa hình thường được đặc trưng bằng sai số trung phương vị trí điểm khống chế so với điểm cấp cao hơn. Sai số này thường lấy bằng 0.02 mm trên bản đồ. 1.2. Các phương pháp thành lập bản đồ. Trong các ngành khoa học ứng dụng thì khoa học thành lập bản đồ là một ngành có nhiều đặc thù riêng biệt, cho ra các sản phẩm đa dạng, đa tỷ lệ, phục vụ cho nhiều ngành khoa học với mục đích khác nhau như : Quân sự, quản lý đất đai, thiết kế xây dựng … Lịch sử phát triển của ngành đã hình thành nên các phương pháp thành lập bản đồ được tổng quát như sau : Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4619 Hình 1.1. Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình 1.2.1. Phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa. Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Phương pháp đo trực tiếp ngoài thực địa Phương pháp đo ảnh Phương pháp biên tập Phương pháp bàn đạc Phương pháp toàn đạc Phương pháp đo ảnh đơn Phương pháp đo ảnh lập thể Quang cơ Giải tích Trạm ảnh số Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4620 1.2.1.1.Phương pháp bàn đạc Dùng máy bàn đạc có gắn bàn vẽ, tiến hành đo hướng, đo cạnh và triển điểm vẽ ngay trên thực địa. Phương pháp này có ưu điểm là mô tả hết được các yếu tố địa hình, địa vật. Tuy nhiên nó cho độ chính xác thấp, máy móc không gọn nhẹ, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường và thời tiết dẫn đến năng suất lao động không cao. Chính vì những nhược điểm này phương pháp bàn đạc hiện nay không sử dụng nữa và thay thế cho nó là phương pháp toàn đạc. 1.2.1.2. Phương pháp toàn đạc Hiện nay sự xuất hiện của máy toàn đạc điện tử đã giúp cho phương pháp toàn đạc trở nên thông dụng. Các khâu như : lập lưới cơ sở, lưới đo vẽ cho đến quá trình đo vẽ cho độ chính xác cao và nhanh chóng, công cụ máy tính chuyển điểm rất chính xác. Từ đó nhận thấy một số đặc điểm của phương pháp toàn đạc điện tử như sau: +Ưu điểm : đạt độ chính xác cao tại các điểm đo trực tiếp, công tác vẽ bản đồ được tiến hành trong phòng với những điều kiện thuận lợi cho thành quả bản đồ nhanh chóng chính xác. Phương pháp này thường áp dụng cho khu vực không lớn. +Nhược điểm : Công tác đo ngoại nghiệp chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường và thời tiết do đó năng xuất lao động không cao, có thể bỏ sót đối tượng đo, gây khó khăn cho công tác nội nghiệp nếu không có sơ hoạ, đường đồng mức được xác định bằng nội suy trên cơ sở đo trực tiếp. 1.2.1.3. Phương pháp liên biên tập bản đồ địa hình Thành lập các loại bản đồ trên cơ sở các bản đồ cùng khu vực có tỷ lệ lớn hơn mới được thành lập. Khi tiến hành biên tập cần tuân theo những quy định lấy bỏ, tổng quát hoá nội dung của bản đồ. Phương pháp này có ưu điểm là thành lập bản đồ bằng phương pháp trong phòng với thời gian ngắn và rẻ tiền, có ứng dụng thành lập bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình. 1.2.1.5. Phương pháp đo ảnh. a. Phương pháp đo ảnh đơn. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4621 Phương pháp đo ảnh đơn được dùng ở vùng bằng phẳng là chủ yếu, nó được ứng dụng để đo vẽ địa hình khi mà độ chính xác đo độ cao của phương pháp đo ảnh lập thể khó thoả mãn. Đo ảnh đơn áp dụng cho thành lập bản đồ địa chính rất hiệu quả ở vùng thổ canh có địa hình khá bằng phẳng. Thành lập bản đồ bằng phương pháp này là lấy các ảnh nắn (ảnh đã được xử lý sai số vị trí điểm do ảnh nghiêng gây ra) làm nên để xác định mặt phẳng các địa vật của bản đồ. Và sẽ được phối hợp đo vẽ nội dung địa hình của bản đồ bằng phương pháp đo trắc địa ngoại nghiệp. Phương pháp này phù hợp để thành lập bản đồ vùng bằng phẳng có chênh cao địa hình nhỏ nhằm đảm bảo sai số vị trí điểm do độ lồi lõm của địa hình gây ra không vượt quá giới hạn cho phép. b. Phương pháp đo ảnh lập thể. đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả các phương pháp khác. Ngày nay nhờ có thiết bị hiện đại như máy đo vẽ lập thể quang cơ, quang học, cơ học, giải tích và xử lý ảnh số mà phương pháp thoả mãn tất cả các loại bản đồ có tỷ lệ từ 1:1000 trở xuống. Với điều kiện thuận lợi cho phép thì đo ảnh lập thể có thể đo được tỷ lệ 1:500 và lớn hơn. Do đó vẽ trên mô hình nên phương pháp lập thể hầu như hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng của thời tiết và địa hình . Đặc biệt với bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ bé thì không có phương pháp nào cho độ chính xác cao hơn phương pháp đo ảnh lập thể có thể nói phương pháp này luôn được áp dụng các thành tựu khoa học mới vào sản xuất để giải phóng con người khỏi lao động vất vả, tăng năng xuất lao động dẫn tới giảm giá thành sản phẩm. Ngày nay trên thế giới và nước ta công nghệ đo ảnh số đang được áp dụng rộng rãi. Các bài toán xử lý ảnh đều dựa trên nền tảng của phương pháp đo ảnh giải tích. Trong công nghệ xử lý ảnh có rất nhiều công đoạn như chuyển toạ độ pixel trên ảnh quét về toạ độ tấm ảnh, xử lý sai số điểm ảnh, xây dựng mô hình lập thể, tăng dày và đo vẽ… 1.2.4. Phương pháp đo ảnh số Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4622 1.2.4.1. Khái niệm Ngày nay kỹ thuật đo ảnh đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn với sự ra đời và phát triển không ngừng của phương pháp đo ảnh số. Phương pháp đo ảnh số (Digital Photogrammetry) là phương pháp xử lý các bài toán đo ảnh giải tích với sự trơ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dùng để tiến hành số hoá ảnh, đo ảnh, nhận biết hình ảnh và tính toán xử lý thay cho con người trong phần lớn các quá trình đo ảnh như: Công tác tăng dày không chế ảnh, xây dựng mô hình số địa hình, nắn ảnh số và đo vẽ địa hình,… Trước đây việc xử lý các tấm ảnh tương tự với các máy toàn năng công kềnh, sản phẩm làm ra lưu trữ rất khó khăn thì ngày nay việc xử lý tấm ảnh số trên các trạm đo ảnh số chuyên dùng với mức độ tự động hoá cao, cho ra những sản phẩm đa dạng và khả năng cập nhật quản lý dễ dàng. 1.2.4.2. Phương pháp đo ảnh toàn số Trong phương pháp này, số liệu đưa vào là xử lý ảnh số, tức là tín hiệu ảnh quét được ghi nhận thông tin qua các hệ thống điện tử. Nếu tư liệu đầu vào là ảnh chụp truyền thống, thì trước hết phải tiến hành số hoá ảnh bằng thiết bị số hoá. Quá trình đo vẽ ảnh số trong hệ thống này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: Xác định các yếu tố định hướng ảnh, nhận dạng và tổ hợp ảnh, tính toạ độ không gian điểm ảnh, nội suy bề mặt mô hình, tự động vẽ địa hình trên bản đồ ảnh trực giao được thành lập theo phương pháp nắn ảnh số. 1.2.4.3. Phương pháp đo ảnh số tức thời Trong quá trình thu nhận thông tin ảnh và xử lý thông tin xảy ra đồng thời với sự liên kết chặt chẽ giữa thiết bị chụp ảnh và hệ thống máy tính có tính năng cao. Phương pháp đo ảnh số tức thời được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp. Trong đo ảnh, phương pháp này được ứng dụng để phát triển phương pháp đo ảnh tự động trong phạm vi gần. Hiện nay đã có các hệ thống đo ảnh tức thời như MAPVISION của Phần Lan, IRI-D256 của Canada và RTP của Thụy Sỹ v. ..v. Sự khác biệt cơ bản của phương pháp đo ảnh toàn số với phương pháp đo ảnh tương tự và đo ảnh giải tích là quá trình số hoá và xử lý các thông tin bức xạ của ảnh. Trước đó các thông tin bức xạ của ảnh được xử lý một cách đơn giản thông qua Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4623 nhiều nguồn chiếu sáng và sử lý bằng mắt và não của con người. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thám các thông tin bức xạ của đối tượng chụp ảnh đã trở nên hết sức quan trọng trong công tác đo ảnh. Có thể nói nếu không sử dụng thông tin bức xạ thì không thể thực hiện tự động hoá trong đo ảnh. Do tư liệu đo ban đầu của phương pháp đo ảnh số là các ảnh số nên các thiết bị quang cơ truyền thống sử dụng trong phương pháp đo ảnh tương tự trở nên không cần thiết nữa, thay vào đó là các máy tính hoặc trạm đo ảnh và các phần mềm chuyên dùng. Hiện nay phương pháp đo ảnh số được ứng dụng có hiệu quả trong việc thu thập, quản lý và sử dụng các thông tin ảnh trong kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS). Có thể nói, phương pháp đo ảnh số là sự phát triển hiện đại về công nghệ của phương pháp đo ảnh được sử dụng có hiệu quả cao trong các lĩnh vực sau đây: - Thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ (từ 1:500 đến 1:50000) đối với các vùng địa hình khác nhau. - Đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở từ tỷ lệ 1:1000 vùng đồng bằng đến 1:25000 vùng núi. - Xây dựng mô hình số địa hình (DTM) phục vụ cho mục đích khác nhau như: đo vẽ và tạo cơ sở dữ liệu địa hình, sản xuất bản đồ trực ảnh, lập các bản đồ chuyên đề đo tính khối lượng v.v chương 2 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh số 2.1. Khái niệm về ảnh số Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4624 ảnh số được tạo bởi mảng 2 chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là pixel. Mỗi pixel được xác định bởi toạ độ hàng (m), cột (n) và giá trị độ xám (g) của nó là g (m, n) biến đổi theo toạ độ điểm. Toạ độ hàng và cột của mỗi pixel đều là các số nguyên. Còn giá trị độ xám của pixel nằm trong thang độ xám từ 0 đến 255 (thang độ xám có 256 bậc theo đơn vị thông tin là 8(bit). Toạ độ số hoá chỉ là các giá trị rời rạc m, n và được biểu thị : xmxx  .0 ynyy  .0 (2.1) Trong đó : m = 0,1,...M n = 0,1,...N x , y là bước nhảy số hoá. Khi lấy x = y và m = n chỉ ra các giá trị rời rạc được gắn vào các giá trị độ xám g (m, n) tương ứng của các pixel, lúc đó chúng ta nói rằng ảnh được lấy mẫu (Sampling) và các giá trị độ xám của nó được lượng tử hoá. Như vậy, ảnh số là tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí m, n (hoặc x, y) và giá trị độ xám tương ứng với từng điểm ảnh. Các phần tử của ma trận độ xám g (m, n) có dạng:         1)-N1,-g(M…1)1,-g(M0)1,-g(M .………………………… 1)-Ng(1,…1)g(1,0)g(1, 1)-Ng(0,…1)g(0,0)g(0, (2.2) Trong đó, mỗi pixel có độ xám g và có vị trí tính theo hàng m, cột n. Đối với ảnh vệ tinh dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu vực bề mặt trên trái đất. Giá trị độ xám của pixel được tính bằng giá trị trung bình của độ phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel. Ta có thể thu được ảnh số nhờ các thiết bị số hoá mà cụ thể là máy quét ảnh. Quá trình số hoá bao gồm 2 vấn đề quan trọng đó là định mẫu ảnh và lượng tử hoá hình ảnh, hay có thể nói rằng: Quá trình số hoá = quá trình định mẫu + quá trình lượng tử hoá Quá trình định mẫu ảnh được sử dụng để tạo ra sự rời rạc hoá không gian hình học liên tục của ảnh. Thông thường nó được thực hiện nhờ hệ thống quang học Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4625 với kích thước nào đó đã được chọn chuyển động dọc theo đường quét trên tấm ảnh, cũng tại thời điểm đó nó tiến hành đo, ghi (thời gian đã được định trước hoặc độ dài của bước nhảy) phản xạ hoặc bức xạ giá trị độ đen của từng vùng với đối tượng tương ứng. Việc định mẫu ảnh cho từng vị trí cửa mở của hệ thống quang học là giá trị thích hợp của toàn giá trị độ đen trong khoảng cửa mở (kích thước). Theo luật định mẫu, bước nhảy định mẫu lý tưởng T thoả mãn điều kiện: cf lT 2  (2.3) Trong đó: fc là tần số cao nhất của phép biến đổi FURIER của việc định mẫu ảnh, tức là tần số cắt. Quá trình lượng tử hoá được sử dụng để tạo ra sự rời rạc không gian độ đen liên tục của ảnh. Lượng tử hoá có thể thực hiện bằng 2 phương pháp là tuyến tính hoặc không tuyến tính. Lượng tử hoá cho ta các giá trị độ xám tại vị trí được số hoá thành các mức độ xám với các khoảng nhảy bằng nhau. I=2M (2.4) Với M= 1, 2,..., 8 là số được lấy cho bậc độ xám Với M = 1 thì ta có 2 mức độ xám trắng và đen. Với M = 8 thì ta có 256 mức độ xám, như vậy khoảng dao động của mức độ xám từ 0 đến 255. ảnh đen trắng chỉ bao gồm hai màu đen và trắng. Người ta phân sự biến đổi đó thành I mức. Nếu I = 2, nghĩa là chỉ có hai mức 0 và 1 còn gọi là ảnh nhị phân với mức 1 tương ứng với màu trắng và mức 0 ứng với màu đen. ảnh nhị phân khá đơn giản, các phần tử ảnh có thể coi như các phần tử logic. Nếu I >2 ta có ảnh đa cấp xám. Việc xác định số mức phụ thuộc vào tiêu chí lượng tử hóa, I thường chọn là 32, 64, 128 và 256 . Với ảnh nhị phân, mỗi pixel mã hoá trên 1 bit, ảnh 256 mức mã hoá trên 8 bit (1 by). Các bậc độ xám này có thể lưu trữ dưới dạng một byte nên chúng có rất nhiều thuận lợi trong quá trình xử lý ảnh số. Kích thước của file ảnh được tính bằng tích số hàng với số cột và số bit được dùng mã hoá cho một pixel. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4626 ảnh màu là ảnh tổ hợp từ ba màu cơ bản là đỏ, lục và chàm được thu nhận trên các dải băng tần khác nhau. Mỗi pixel ảnh màu gồm ba thành phần như trên. Mỗi màu cũng phân thành I cấp khác nhau ( thường là 256). Do vậy, để lưu trữ ảnh màu, người ta lưu trữ từng màu riêng biệt, mỗi màu lưu trữ như một ảnh đa cấp xám. Vì vậy, không gian nhớ dành cho một ảnh màu lớn gấp ba lần một ảnh đa cấp xám cùng kích thước. Hàm số độ đen xác suất về sai sót khi lượng tử hoá được lấy đồng nhất: ± 0,5 tức là: P(x) = 1 -0,5 X  0,5 (2.5) = 0 Các giá trị khác Và gía trị trung bình của chúng là P = 0 có phương sai là:      5,0 5,0 222 1 2 1)()( dxxdxxPx  (2.6) Ngoài ra, ảnh số có thể thu nhận trực tiếp nhờ hệ thống Sensor đặt trên các thiết bị bay. Phương thức thu trực tiếp này được sử dụng trong kĩ thuật viễn thám như hệ thống MSS, TM đặt trên vệ tinh Lansat của Mỹ hoặc hệ thống CDD đặt trên vệ tinh Spot của Pháp. ảnh thu được sau quá trình số hoá được lưu lại cho các quá trình xử lý tiếp theo hay truyền đi. Cho đến nay, có rất nhiều kỹ thuật xử lý ảnh, tồn tại nhiều định dạng khác nhau như ảnh đen trắng IMG, ảnh đa cấp xám, ảnh màu như BMP, GIF, JPEG. Mặc dù các định dạng này là khác nhau, nhưng chúng cũng tuân theo một cấu trúc chung nhất định. Bao gồm 3 phần: Đầu tệp (header) chứa các thông tin về kiểu ảnh, kích thước, độ phân giải, số bit dùng cho 1 pixel, cách mã hoá, vị trí bảng màu. Kích thước phần header phụ thuộc vào kiểu định dạng ảnh. Dữ liệu nén (Data Compression) là số liệu ảnh đã được mã hoá bởi kiểu mã hoá chỉ ra trong header. Bảng màu (Palette Color) chỉ ra số màu dùng trong ảnh và được sử dụng để hiện ảnh (bảng màu có thể không nhất thiết phải có) Do dung lượng file ảnh rất lớn, nên người ta đã nghiên cứu và đưa ra kỹ thuật nén dữ liệu ảnh - đó là quá trình làm giảm lượng thông tin “dư thừa” trong dữ liệu gốc và kết quả là lượng thông tin thu được sau khi nén thường nhỏ hơn dữ liệu gốc Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4627 rất nhiều. Với dữ liệu ảnh, kết quả nén thường là 10:1. Nếu sử dụng kỹ thuật nén Fractal thì tỷ số nén có thể lên tới 30:1. Ngoài thuật ngữ “nén dữ liệu” người ta còn có các tên gọi khác như giảm độ dư thừa, mã hoá ảnh gốc. Cho tới nay có rất nhiều phương pháp nén đã và đang được nghiên cứu sử dụng và phân chia thành các nhóm lớn như nén không mất mát thông tin (tức là các phương pháp nén mà sau khi giải nén ta thu được chính xác dữ liệu gốc) và nén có mất mát thông tin (tức là các phương pháp nén mà sau khi giải nén ta không thu được dữ liệu như bản gốc). ảnh số có những ưu nhược điểm sau: ưu điểm - Dễ sao chép, dễ nhân bản, dễ bảo quản. - Có thể được sử dụng để giải đoán tự động và bán tự động. - Dễ dàng thay đổi, tăng cường chất lượng hình ảnh (Histogram). - Có thể cho giá trị toạ độ và độ xám trực tiếp. - Có thể trực tiếp tích hợp các dữ liệu khác (dạng raster và vector). - Có thể hiển thị ở rất nhiều tỷ lệ bằng Zoom in và Zoom out mà không làm giảm chất lượng ảnh. Nhược điểm - ảnh phân giải cao đòi hỏi bộ nhớ lớn. - Cần có máy tính màn hình đồ hoạ chất lượng tốt và phần mềm chuyên dùng. - Bị giới hạn bởi kích thước màn hình. - Chuyển sang dạng tương tự cần có máy in đắt tiền. 2.2. Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số Quá trình phát triển của đo vẽ ảnh số có liên quan mật thiết tới quá trình thiết kế, chế tạo và khả năng của các hệ thống đo vẽ ảnh số. Hệ thống đo vẽ ảnh số được định nghĩa là phần cứng và phần mềm để thu được các sản phẩm đo vẽ từ ảnh số thông qua việc áp dụng các kỹ thuật tự động, bán tự động và thủ công. Cấu trúc của hệ thống đo vẽ ảnh số được mô tả như sau: Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4628 Hình 2,1. Hệ thống đo vẽ ảnh số Hình trên thể hiện sơ đồ của hệ thống đo vẽ ảnh số. Đó là một hệ thống bao gồm các phần cứng và phần mềm máy tính để thực hiện các bước xử lý đo vẽ ảnh trên các dữ liệu ảnh số. Trong công tác thành lập bản đồ thì dữ liệu ảnh số ban đầu thường có được thông qua quá trình quét ảnh hàng không bằng các máy quét chuyên dùng có độ chính xác cao. Do đó máy quét là một phần tích hợp quan trọng của hệ thống đo vẽ ảnh số. Thành phần chính của hệ thống đo vẽ ảnh số là trạm đo vẽ ảnh số. Trên thực tế có thể bao gồm nhiều trạm với các tính năng kỹ thuật và vai trò khác như các trạm Image Station Z và SSK của Intergraph. Ngoài ra hệ thống này còn có các máy in raster hoặc in phim để chuyển sản phẩm dạng số sang dạng tương tự. Hệ thống đo ảnh số xử lý tư liệu là ảnh thu được bản đồ dưới dạng số. Qua quá trình xử lý số liệu, sản phẩm nhận được của hệ thống đo ảnh số là: bản đồ số, mô hình số địa hình và địa vật, ảnh trực giao và các số liệu liên quan. Các sản phẩm này được lưu trữ trên máy tính và chúng có khả năng hiển thị trên màn hình máy tính và chuyển tải ra máy in và có thể kết hợp với các nguồn thông tin khác trên các hệ thống GIS / LIS tạo ra khả năng lưu trữ, cập nhật, quản lý và khai thác một cách có hiệu quả. Nó phục vụ không chỉ riêng cho ngành trắc địa bản đồ mà còn phục vụ đắc lực cho các ngành có liên quan. Hệ thống đo ảnh số gồm những thiết bị ảnh số chụp từ vệ tinh ảnh chụp ảnh của máy ảnh Bản đồ và ảnh trực giao trên giấy Hệ thống bản đồ số hoặc GIS/LISrạ m đo vẽ ản h s ố MMáy quét Raste r Máy in Raste r hoặc phim A D D A/D D D/A D D Máy quét Raster Máy in raster hoặc phimTrạm đo vẽ ảnh số Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4629 được liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh cho phép chúng ta thực hiện các chức năng của công tác đo ảnh. Các thiết bị đó gồm: máy quét, trạm xử lý ảnh số, máy in. 2.2.1. Máy quét Máy quét ảnh là một thiết bị đầu vào quan trọng của hệ thống đo ảnh số. Máy quét ảnh thực hiện chức năng biến đổi ảnh hàng không thành ảnh số một cách tự động và ảnh số được lưu giữ trong máy tính dưới dạng Raster. Khi nói tới máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh, ngoài độ chính xác hình học còn cần phải đề cập đến các tính chất và độ chính xác về bức xạ vì trong các công đoạn đo vẽ ảnh, đặc biệt là các công đoạn đo vẽ tự động thông tin bức xạ của ảnh là mấu chốt của các lời giải. Hơn nữa chất lượng bức xạ của máy quét cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới một số sản phẩm của đo vẽ ảnh số như ảnh trực giao. Nhiều máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh hiện nay có khả năng lượng tử hoá theo 10 bit hay12 bit . Hiện nay ở nước ta đã có các máy quét như: FSI, VX3000, SCAL. Các máy này đã và đang phục vụ tốt cho sản xuất của ngành đo đạc bản đồ và địa chính. Tuy nhiên để có được các máy này phải đầu tư lớn. Bảng 2.1 Một số máy quét chuyên dùng trong đo vẽ ảnh số với các thông số kỹ thuật. Hãng sản xuất Tên máy quét Độ chính xác Độ phân giải nhỏ nhất Intergraph PSI 3,0 m 7,5 m Leica-Helava DSW200 DSW300 DSW500 2,0 m 4,0 m Vexcel VX3.000 3,0 m 8,5 m Wherli RM-1 5,0 m 12,0 m Zeiss Intergraph SCAL TD 2,0 m 7,0 m Các máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh cần có độ chính xác hình học khoảng 2-4 m với kích thước pixel nhỏ nhất có thể quét 7- 10 m . Độ chính xác Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4630 của các máy quét ngang bằng với độ chính xác của các máy đo toạ độ ảnh đơn (monocomparator) hoặc các máy đo vẽ giải tích chính xác. 2.2.2. Trạm đo ảnh số Trạm đo ảnh số là các máy tính điện tử hay các WorkStation có khả năng lưu trữ dung lượng thông tin lớn, đồng thời có tốc độ xử lý cao. Nó là sản phẩm tuyệt vời của sự kết hợp giữa cơ sở lý thuyết ngành trắc địa với công nghệ tin học để thực hiện các chức năng đo ảnh. Khi so sánh phương pháp đo vẽ ảnh giải tích với phương pháp đo vẽ ảnh số thì ưu điểm lớn của các trạm đo vẽ ảnh số là loại bỏ tất cả các bộ phận cơ học chính xác cao và đắt tiền thường có trong máy giải tích. Lý do là trong đo vẽ ảnh số độ chính xác của các phép đo không còn bị hạn chế bởi các giới hạn vật lý của thiết bị như độ nhạy của các trục vít, bước răng hoặc các thiết bị mã hoá. Các trạm đo vẽ ảnh số không cần có các kiểm định cơ học, lau dầu mỡ như các máy đo vẽ giải tích. Hình 2.2 Sơ đồ của trạm đo ảnh số Trạm đo vẽ ảnh số là hạt nhân của hệ thống ảnh số. Nó bao gồm một trạm đồ hoạ với khả năng xử lý ảnh cao. Bộ nhớ, các tính năng hiển thị trong đại đa số trường hợp là hiển thị lập thể và các phần mềm xử lý ảnh. Các trạm đo vẽ ảnh số đóng một vai trò then chốt không chỉ trong việc lấy thông tin từ ảnh mà còn tạo ra các sản phẩm mới cũng như phương pháp mới. Các thế mạnh của công nghệ đo vẽ ảnh số thể hiện rõ rệt nhất trong các trạm đo vẽ ảnh số. So với các máy giải tích thì các trạm đo vẽ ảnh số còn đa năng hơn nhiều. Chúng có thể xử lý nhiều loại ảnh số từ ảnh hàng không chụp từ phim sau đó được quét và ảnh hàng không được chụp từ máy ảnh số cho tới ảnh vệ tinh. Hơn thế nữa, các nhiệm vụ mà trong ảnh giải tích đòi hỏi nhiều máy móc khác nhau và nhiều người thao tác được đào tạo chuyên sâu Các thiết bị lưu trữ thông tin lâu dài Bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý đồ hoạ Màn hình lập thể có độ phân giải cao Bàn phím Thiết bị đo vẽ lập thể Con chuột Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4631 riêng thì trong ảnh số có thể được thực hiện chỉ trên một trạm đo vẽ và chỉ bởi một người thao tác. Hiện nay ở Bộ tài nguyên và môi trường và Cục Bản đồ Bộ tổng Tham mưu đã được trang bị khá nhiều trạm xử lý ảnh số ImageStation của hãng Intergraph (Mỹ) và đến cuối năm 1999 đầu năm 2000 đã trang bị thêm 2 trạm mới là Photomod của Nga và 3D-mapper của úc. Tính năng và thiết bị của các trạm này như sau: a. Photomod Xử lý ảnh trên PC có các modl thực hiện được hầu hết các nhiệm vụ của công tác đo ảnh trừ tăng dày. Thiết bị của Photomod gồm có: - CPU: Pentium II 300. - Ram: 64 Mb of Ram. - ổ cứng: 2 Gb. - Màn hình: 17 inch. - Bàn phím, chuột, chuột 3 chiều. - Kính lập thể phân cực và kính xanh đỏ. - Window 98. Ưu điểm lớn nhất của Photomod là chạy trên các máy tính cá nhân nên đầu tư rất rẻ tiền, cặp ảnh lập thể hiện liên lục phần phủ trên màn hình và đuợc quan sát bằng kính phân cực hay kính xanh đỏ cho hình ảnh lập thể ổn định, trường nhìn khá rộng. Một ưu việt khác của Photomod là khả năng liên hệ với các phần mềm khác như: Autocad, MicroStation. . . b .3D-Mapper Đây cũng là thiết bị xử lý ảnh trên máy PC thực hiện được toàn bộ các công tác đo ảnh như một máy toàn năng trừ tăng dày. Thiết bị của 3D-Mapper gồm có: - CPU: Pentium II 350 Mhz Procesor. - Ram: 128 Mb of Ram. - ổ cứng: 6 Gb. - Màn hình: 17 inch. - Bàn phím, chuột, chuột 3 chiều. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4632 - Kính lập thể phân cực và kính xanh đỏ. - Window 98, NT. Cũng giống như Photomod, 3Dmapper chạy trên các máy PC nên đầu tư rẻ tiền và gọn nhẹ. Hơn nữa cặp ảnh lập thể hiện tách biệt trên 2 nữa màn hình (giống như 2 khay phim trên máy toàn năng) và được quan sát bằng kính lập thể thông thường cho hình ảnh ổn định, tuy nhiên nó có nhược điểm là trường nhìn hẹp và tốc độ xử lý đồ họa chưa cao. c. Trạm ImageStation Đây là trạm máy tính có toàn bộ tính năng của máy toàn năng kết hợp với công nghệ điện tử tin học hiện đại, có thể xử lý hầu hết các nhiệm vụ của công tác đo ảnh từ khâu tăng dày khống chế, định hướng ảnh, xây dựng mô hình số địa hình, nắn ảnh trực giao, đo vẽ địa vật, biên tập… với đa tỷ lệ phát huy triệt để tính đa mục đích. Thiết bị của ImageStation gồm: - CPU: 4 chip pentium II 300 Mhz Processors. - Bộ xử lý đồ họa Edge II+ - Ram: 128Mb of Ram. - Đĩa cứng: 15 Gb. - Đĩa mở rộng: 9 Gb. - Màn hình lập thể độ phân giải cao: 28 inch. - Bộ phát tia hồng ngoại Emitter: 01. - Thiết bị đo vẽ lập thể: Chuột 12 phím - Kính lập thể – Crystal Ee Glasses: 02. - Bộ xử lý nén và giải nén JPEG. - Bàn phím, con chụôt. - Window NT, Unix IRIS. Có thể nói trạm ImgeStation là một máy toàn năng hoàn hảo, mạnh mẽ và tiện lợi. Do quan sát lập thể dưới sự trợ giúp của máy phát xạ, hiển thị ảnh trái - ảnh phải theo thể thức nháy 1/60 giây gây nên cảm giác nháy khó chịu và nhức mỏi mắt cho người công tác. Tuy nhiên bù lại trường nhìn trên màn hình 28 inch rất rộng và bao quát nên phục vụ đắc lực cho công tác đo vẽ ảnh. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4633 Các phần mềm của trạm ImageStation Đi cùng với các thiết bị phần cứng, Intergraph đã sản xuất ra các phần mềm ứng dụng nhằm xử lý, khai thác quản lý tối đa của ảnh số. Họ đã đưa ra giải pháp tốt trong lĩnh vực kết hợp xử lý song song dữ liệu Raster và Vecter trong cùng một môi trường đồ họa thống nhất. Nhìn chung các phần mềm của Integraph sử dụng trong công nghệ ảnh số rất hiệu quả song lại tương đối phức tạp. Nó còn đòi hỏi người sử phải có những hiểu biết căn bản về máy tính, thông thạo các phần mềm ứng dụng, vững chắc kiến thức về bản đồ và ảnh. Các phần mềm đó bao gồm: * Phần mềm đo vẽ ảnh trong môi trường MicroStation Đây là phần mềm đồ họa hàng đầu thế giới. Nó cung cấp môi trường làm việc, các công cụ đồ họa 2 chiều và 3 chiều. Nó còn làm nền để chạy các phần mềm khác. * Phần mềm xử lý ảnh Bảng 2.2. Các phần mềm xử lý ảnh trên trạm ảnh số. Phần mềm Tên Tính năng ISPM ImageStation Photogrammetric Manager Thiết kế quản lý khu đo ISSD ImageStation Stereo Display Hiển thị lập thể MSFC MicroStation Feature Collection Biên tập bản đồ ảnh ISDM ImageStation Digital Mensuration Định hướng ảnh, đo ảnh ISDC ImageStation DTM Collection Vẽ mô tả địa hình ISMT ImageStation Match – T Chạy mô hình số tự động ISIR ImageStation Image Rectifier Nắn ảnh trực giao ISRU ImageStation Raster Utilities Trợ giúp các thao tác về ảnh * Các phần mềm MGE MGE là chữ viết tắt của cụm từ Modular GIS Enviroment (môi trường thông tin địa lý đa modul). Đây là hệ thông quản lý cơ sở dữ liệu được máy tính hóa có các chức năng thu nhập, lưu trữ, tìm kiếm, phân tích và hiển thị dữ liệu Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4634 không gian. MGE bao gồm nhiều modul, mỗi modul có nhiệm vụ riêng đảm bảo cho quá trình cập nhật phân tích và hiển thị dữ liệu được dễ dàng và chính xác. Bảng 2.3. Các phần mềm thuộc hệ phần mềm MGE Phần mềm Tên Tính năng MGNUC MGE Basic Nucleaus Thiết kế, định hình quá trình thành lập bản đồ MGAD MGE Basic Administrator Xác định cơ sở dữ liệu MGE grid gereration Tạo cơ sở toán học cho bản đồ MGMAP MGE Analyst Phân tích dữ liệu MGTA MGE Terrain Analyst Phân tích trong không gian 3 chiều MRI MGE Base Imager Tiện ích về ảnh MGFN MGE Map Finisher Biên tập bản đồ 2.2.3. Máy in Các sản phẩm số của trạm xử lý ảnh số muốn biểu thị trên giấy giống như các sản phẩm truyền thống khác, nhất thiết phải thông qua máy in. Như vậy, máy in là thiết bị chuyển đổi dữ liệu dạng số sang dữ liệu dạng sản phẩm tương tự. Có thể chia làm 3 loại máy in theo độ chính xác như sau: + Máy in có độ phân giải thấp (0.03mm và kém hơn) + Máy in có độ phân giải trung bình (từ 0.01- 0.02mm) + Máy in có độ phân giải cao (cao hơn 0.01mm) Phân loại theo cách thức in có: + Máy in tĩnh điện + Máy in phun + Máy in nhiệt + Máy in lazer + Máy in phim (Mapsectter) Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật của một số loại máy vẽ Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4635 Tên máy Nước chế tạo Bàn làm việc (mm2) Độ phân giải (mm2) Tốc độ cực đại (mm/s) Số lượng và kiểu bút vẽ DIGIGRAF- 1612 Séc 1200 x 1600 0.05 100 Vẽ 4 màu, Khắc DIGIGRAF- 1208 Séc 840 x 1180 0.01 400 Vẽ,khắc, Photo KARTIMAT Đức 900 x 1500 0.01 30 Vẽ 1 màu BENSON-222 Pháp 840 x 1200 0.05 300 Vẽ 4 màu CALCOMP900 Mỹ 841 x 1518 0.0125 750 Vẽ 2 màu EC-7501M Nga 1505 x 1000 0.05 200 Vẽ 3 màu DTZ90 x 120 Đức 900 x 1200 0.005 120 Vẽ 2 màu, Khắc 2.3. Một số kỹ thuật xử lý ảnh số 2.3.1. Tăng cường chất lượng ảnh Qúa trình phân tích ảnh thực chất là quá trình tăng cường chất lượng ảnh. Do nhiều nguyên nhân khác nhau như: tính năng của thiết bị thu nhận ảnh do nguồn sáng và nhiễu xạ nên có thể bị suy biến. Vì vậy cần phải tăng cường và khôi phục ảnh để làm nổi bật các đặc trưng chính của ảnh nhằm bảo đảm cho ảnh số gần giống với ảnh gốc mà không bị biến dạng. Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính như một thao tác chuyển đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu cho người làm công tác giải toán ảnh, một thao tác nhằm phân loại, sắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu đưa ra dưới dạng hàm số. Cho đến nay, người ta vẫn chưa đưa ra một tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lượng của ảnh số. Vì vậy việc nâng cao chất lượng ảnh thường theo yêu cầu và mục đích của người sử dụng. Thực chất việc nâng cao độ tương phản là sự cần thiết lượng tử hoá độ xám của ảnh. Sự sắp xếp độ xám sau quá trình này nằm trong khoảng từ 0 255 bậc. Một số phương pháp nâng cao độ tương phản được sử dụng trong các thiết bị xử lý ảnh được kể tới như nâng cao tuyến tính, nâng cao phi tuyến tính và nâng cao theo phép biến đổi Histogram. 2.3.2. Cấu trúc hình tháp Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4636 Cấu trúc hình tháp làm tăng tốc độ tính toán khi khớp ảnh cũng như tăng tốc độ đọc, hiển thị ảnh trên màn hình. Các file ảnh sau khi quét thường được tổ chức theo các lớp cấu trúc hình tháp với độ phân giải khác nhau. Các lớp hình ảnh của một ảnh có độ phân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất định (thường là hệ số 2, 3 hoặc 4). Các lớp pixel được sắp xếp thứ tự từ lớp có kích thước pixel lớn tới các lớp có kích thước bé hơn, cao nhất (480  m) là lớp được coi là thô nhất và lớp pixel bé nhất (30 m) được coi là lớp ảnh gốc. Khái niệm kích thước pixel ở đây không giống như pixel trên màn hình máy tính. Trên màn hình kích thước pixel là không đổi, còn trong ảnh số kích thước pixel có thể hiểu là khoảng cách nhỏ nhất được dùng thể hiện ảnh. Có nghĩa là lớp ảnh thô tầng trên có số lượng pixel ít hơn số pixel của lớp ảnh tầng dưới. Cấu trúc hình tháp của ảnh được áp dụng rộng rãi trong đo vẽ ảnh số từ định hướng tăng dày cho tới các công đoạn như tạo mô hình số địa hình (DTM) và nắn ảnh trực giao. Các lớp pixel của cấu trúc hình tháp còn có thể tách ra và được dùng như một file ảnh số độc lập. Các hệ thống ảnh số đều lấy cấu trúc này của loại tệp có tên mở rộng là TIF, đây là một cấu trúc tệp ảnh chuẩn của Microsoft. Tuy nhiên các hãng sản xuất phần mềm xử lý ảnh số đã cải tiến cấu trúc tệp *.TIF nhằm cải thiện khả năng hiển thị ảnh trên màn hình máy tính. Cấu trúc tệp ảnh các lớp ảnh hình tháp còn chia được thành các ma trận có kích thước là 128 hoặc 256 hoặc 512 pixel và xếp kề nhau (tiles). Với cấu trúc này chương trình sẽ tính toán sao cho trên màn hình chỉ hiển thị phần ảnh thuộc đối tượng cần quan sát trong tầng ảnh phù hợp, làm cho tốc độ hiển thị ảnh trên màn hình tăng lên đáng kể. 2.4. Kỹ thuật khớp ảnh Một trong những kỹ thuật đặc trưng của công nghệ ảnh số đó là kỹ thuật tự động nhận dạng điểm ảnh cùng tên, đó là kỹ thuật khớp ảnh. Trong phương pháp ảnh số, khớp ảnh (Image Matching) là một kỹ thuật quan trọng trong đo lập thể thay thế cho việc nhìn lập thể của mắt người để xác định điểm ảnh cùng tên trên cặp ảnh lập thể. Hiện nay, có 3 phương pháp khớp ảnh được biết đến: - Khớp ảnh theo vùng (Area Based Matching hay ABM) - Khớp ảnh theo đặc trưng địa vật (Feature Matching hay FBM) Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4637 - Khớp ảnh theo biểu tượng (Symbolic Matching) Các thuật toán khớp ảnh khác nhau chủ yếu ở đối tượng hay thực thể dùng để so sánh, đối chiếu trên các ảnh để tìm ra các đối tượng cùng tên. Các đối tượng dùng để so sánh, đối chiếu có thể là các mức độ xám, các đặc trưng của địa vật hay các biểu tượng mô tả. Đây chính là sự khác biệt giữa các phương pháp khớp ảnh. 2.4.1. Phương pháp khớp ảnh theo vùng Lấy sự phân bố độ xám của ảnh làm cơ sở, nguyên lý tính toán tối ưu cho phương pháp khớp ảnh theo vùng là nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. Sử dụng thuật toán bình sai cho các biến dạng độ xám trong quá trình tính các độ đo tương quan, cho nên có khả năng đạt độ chính xác cao và sử dụng trong những nhiệm vụ đo ảnh cần độ chính xác cao, như công tác tăng dày khống chế ảnh. Trong phương pháp này xét tới hai loại biến dạng hệ thống của độ xám: biến dạng bức xạ và biến dạng hình học. Từ đó sinh ra sự khác biệt về phân bố độ xám của ảnh. Nguyên nhân sinh ra biến dạng bức xạ: độ chiếu sáng, hướng bức xạ trên bề mặt vật chụp ảnh, khí quyển, độ suy giảm của kính vật máy chụp ảnh, sự khác biệt về điều kiện xử lý ảnh và sai số trong quá trình số hoá ảnh v.v. Nguyên nhân chủ yếu sinh ra biến dạng hình học gồm: các loại biến dạng hình ảnh do phương vị máy chụp ảnh và độ chênh cao địa hình gây ra. Trong chụp ảnh thẳng đứng thì độ chênh cao địa hình là nguyên nhân chủ yếu của biến dạng hình học. Vì vậy, đối với cùng địa hình có độ chênh cao lớn (vùng núi) việc khớp ảnh sẽ khó khăn hơn vùng bằng phẳng. 2.4.2. Phương pháp khớp ảnh theo đặc trưng Khi điểm ảnh cần khớp nằm trong vùng có độ tương phản thấp, tức là thiếu thông tin trong cửa sổ khớp, tỷ số tín hiệu tạp rất nhỏ, thì khả năng khớp được ảnh không cao. Trong đo ảnh tỷ lệ lớn ở thành phố, đối tượng xử lý chủ yếu là các vật kiến trúc, các đối tượng phi địa hình khi đó do tính không liên tục của hình ảnh, do bóng hoặc bị che khuất hoặc việc các đối tượng có kiến trúc giống nhau. Vì vậy, trong nhiều trường hợp việc khớp ảnh chủ yếu dựa vào các đặc trưng của địa vật trên ảnh với các thuộc tính mô tả như: đặc trưng điểm, đường hoặc điện. Phương pháp khớp ảnh này được gọi là khớp ảnh theo đặc trưng. Nó có thể phân thành các loại khớp ảnh theo đặc trưng điểm, theo đặc trưng đường và theo đặc trưng diện. Các loại khớp điểm này đều thực hiện theo 3 bước: Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4638 - Lựa chọn đặc trưng - Mô tả đặc trưng bằng một số tham số - Sử dụng các tham số đã được xác định để tiến hành khớp ảnh. Các đặc trưng có thể phân bố theo 2 dạng: Phân bố tuỳ ý và phân bố đều. Đối với mục đích đo ảnh khác nhau thì việc lựa chọn đặc trưng cũng khác nhau, các đặc trưng được lựa chọn trên ảnh có thể phân thành một số cấp theo cấu trúc hình tháp để lần lượt xử lý khi khớp ảnh. Mô tả đặc trưng bằng một số tham số, thường thì lựa chọn đường biên đối tượng làm đặc trưng để khớp ảnh, sử dụng thuật toán biên (Edge Operation) để tách biên từ ảnh sau đó dùng tham số mô tả biên. Khi tiến hành tham gia khớp ảnh điểm đặc trưng, các điểm tham gia khớp ảnh có thể lựa chọn theo các tiêu chí sau: - Trong vùng định đo trên ảnh phải chọn điểm đặc trưng làm điểm có khả năng khớp ảnh. - Tất cả các điểm ảnh trong vùng định đo của ảnh phải đều làm điểm có khả năng khớp ảnh 2.4.3. Khớp ảnh theo mô hình đối tượng Mục đích của khớp ảnh là thu nhận thông tin hình học của đối tượng để xác định vị trí không gian của nó. Vì vậy, sau khi nhận biết điểm ảnh cùng tên theo các cơ sở lý luận khớp ảnh nói trên, cần tiến hành tính toán xác định toạ độ không gian (X, Y, Z) của điểm vật, sau đó thành lập mô hình số bề mặt vật thể (như mô hình số địa hình DTM). Trong quá trình xây dựng mô hình số bề mặt vật thể có thể cần phải sử dụng một số phương pháp nội suy, nên ít nhiều làm giảm độ chính xác đo. Vì vậy, để tránh nhược điểm này có thể sử dụng phương pháp khớp ảnh dựa vào điểm vật có toạ độ không gian trên bề mặt của đối tượng và vận dụng điều kiện đồng phương để xác định độ cao. Lúc này toạ độ mặt phẳng của điểm vật (X, Y) đã biết và chỉ cần xác định độ cao Z của nó. Phương pháp khớp ảnh này được gọi là khớp ảnh theo yếu tố bề mặt của đối tượng tức là phương pháp khớp ảnh theo độ cao. Nguyên lý cơ bản của phương pháp như sau: Giả thiết trong không gian vật có một vật thẳng đứng thì hình ảnh của nó trên ảnh cũng là một đường thẳng tức là giao điểm A của đường thẳng đứng VLL (Vertical Line Locus) với mặt địa hình nhất định sẽ nằm trên hình chiếu tương ứng Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4639 trên ảnh. Vận dụng tính chất này có thể tìm kiếm các điểm ảnh cùng tên a1, a2 trên ảnh trái và ảnh phải để xác định độ cao của điểm A. Phương pháp này được ứng dụng trong xây dựng mô hình số độ cao tự động sau quá trình tăng dày tức là khi toạ độ tâm chụp và các yếu tố định hướng ngoài của mỗi ảnh đã được xác định. Trong tăng dày nếu có sử dụng toạ độ tâm chụp bằng công nghệ GPS và các điểm khống chế ngoại nghiệp được đánh dấu trước khi chụp thì có thể áp dụng phương pháp này để khớp đa ảnh cho quá trình định hướng tương đối. Tóm lại bản chất của khớp ảnh là quá trình xử lý các thông tin bức xạ trên các vùng có độ phủ của 2 hay nhiều ảnh nhằm tự động tìm ra các điểm ảnh cùng tên dựa trên cấu trúc hình tháp và một vài tham số hình học gần đúng với ban đầu của ảnh. Sau khi tìm được ra toạ độ của các điểm cùng tên sẽ được tự động đo ngay. Khớp ảnh mở ra khả năng chọn điểm, chuyển điểm và đo điểm tự động được thực hiện gần như đồng thời trên trạm đo vẽ ảnh số. Khớp ảnh được áp dụng trong công tác định hướng, tăng dày và tạo mô hình số địa hình. Để cho quá trình khớp ảnh được thực hiện tốt cần phải có những thông tin cần thiết về mô hình hình học cũng như mô hình bức xạ của ảnh. Ngoài ra các giá trị gần đúng ban đầu của một vài tham số cũng cần phải được xác định với độ tin cậy nhất định. Đặc điểm địa hình địa vật cũng là những yếu tố rất quan trọng và có ảnh hưởng lớn tới kết quả khớp ảnh. Như vậy để thực hiện các bước xử lý ảnh số trong các ứng dụng của hệ phần mềm theo nguyên lý khớp ảnh hoặc để tăng tốc độ đọc và hiển thị đồ hoạ, các file ảnh thường được tổ chức thành các cấu trúc hình tháp của ảnh. Các cấu trúc hình tháp của ảnh là các lớp pixel mới của cùng một file ảnh với độ phân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất định. Cấu trúc hình tháp này được dùng rất nhiều trong các thuật toán khớp ảnh (tự động tìm kiếm điểm cùng tên trên các ảnh phủ nhau). 2.5. Quy trình đo vẽ bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4640 Chụp ảnh hàng không ảnh hàng không Tăng dày khống chế ảnh Khảo sát thiết kế Quét phim ảnh Định hướng mô hình Mô tả các yếu tố đặc trưng của địa hình Mô hình số DTM/DEM Đặt dấu mốc (nếu cần) Đo nối khống chế ngoại nghiệp Đo vẽ chi tiết 1số địa vật trên mô hình lập thể Biểu dĩên đường bình độ tự động Chỉnh sửa Nắn ảnh số Bình đồ ảnh trực giao Số hoá trên máy PC Số hoá chi tiết địa vật Biên tập In-Lưu trữ Đo vẽ xử lý ảnh trên trạm Đoán đọc điều vẽ và đo bù NN Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4641 Bản đồ địa hình là một loại bản đồ mang tính chất đặc biệt quan trọng, nó có yêu cầu chặt chẽ về độ chính xác cũng như phương thức thể hiện nội dung. Công nghệ thành lập bản đồ địa hình phải trải qua nhiều công đoạn với yêu cầu chặt chẽ về lý luận và thao tác. Do vậy để đánh giá hết khả năng, hạn chế và xu hướng phát triển của công nghệ số thành lập bản đồ số. Quy trình thành lập bản đồ bao gồm các công đoạn sau: 2.5.1. Khảo sát thiết kế. Thu thập các số liệu trắc địa bản đồ, khảo sát tình hình địa lý kinh tế, nắm bắt yêu cầu nhiệm vụ và khả năng kỹ thuật. Lập luận chứng kinh tế kỹ thuật đưa ra các phương pháp thực hiện, lịch tiến hành nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tính kinh tế và khả năng thực thi. 2.5.2. Chụp ảnh hàng không Đây là công đoạn đầu tiên trong phương pháp thành lập bản đồ bằng ảnh hàng không. Nó có ý nghĩa rất quan trọng tới độ chính xác của bản đồ cần thành lập và hiệu quả kinh tế mà nó mang lại. Độ cao bay chụp có thể xác định theo công thức : h p PH     (2.7) P, p là thị sai ngang và độ chênh của thị sai ngang p là sai số trung bình xác định độ chênh thị sai ngang. h là sai số trung bình xác định độ cao. Ngày nay với kỹ thuật tiến bộ của của công nghệ GPS trong dẫn đường bay chụp (đạo hàng), đặc biệt là kỹ thuật định vị GPS động cho phép ta xác định toạ độ tâm chụp ngay trong lúc chụp ảnh đã tạo điều kiện nâng cao chất lượng kỹ thuật bay chụp. Cùng với chất lượng của hệ thống quang học, hoá ảnh của máy chụp và phim được nâng cao. Cho ra những tấm ảnh chất lượng cao, phát huy độ chính xác cho các công đoạn xử lý sau này, giảm nhẹ công sức cho con người, giảm giá thành đáng kể. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4642 2.5.3. Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp. Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp là cơ sở trực tiếp xác định toạ độ và độ cao của các điểm tăng dày phục vụ cho công tác định hướng mô hình. Nó thoả mãn một số yêu cầu sau: - Độ chính xác phải cao hơn độ chính xác điểm tăng dày ít nhất một cấp. - Số lượng và vị trí điểm bố trí linh hoạt theo yêu cầu độ chính xác điểm tăng dày và phương pháp tăng dày. Công tác đo nối khống chế ảnh được thực hiện bằng các phương pháp giao hội hoặc máy GPS với chế độ đo tĩnh đo tương đối, cho độ chính xác rất cao. Đồ hình bố trí điểm đo nối phụ thuộc vào phương pháp tăng dày bằng tam giác ảnh không gian. 2.5.4. Quét ảnh Đây là công tác số hoá ảnh hàng không. Dựa vào độ chính xác của bản đồ cần thành lập theo quy phạm của tổng cục địa chính ban hành để lựa chọn tỷ lệ ảnh chụp. Từ đó ta lựa chọn độ phân giải của ảnh quét nhằm đảm bảo độ chính xác của ảnh đo. Việc lựa chọn độ phân giải của ảnh quét là một yêu cầu quan trọng. Trong khi quét, ngoài việc đảm bảo hình ảnh rõ nét còn phải chọn độ phân giải quét phim sao cho vừa phải đảm bảo độ chính xác đạt yêu cầu của bản đồ cần thành lập vừa có dung lượng file là rất nhỏ. Hiện nay, độ phân giải quét ảnh thường được lựa chọn theo công thức:     a b M M P 100 (m) (2.8) Trong đó : P là kích thước của pixel Ma là mẫu số tỷ lệ ảnh Mb là mẫu số tỷ lệ bản đồ 2.5.5. Đoán đọc và điều vẽ ảnh Công tác đoán đọc và điều vẽ nhằm xác định định tính và định lượng của các yếu tố địa vật dựa theo hình ảnh của chúng được chụp trên ảnh. Tuỳ theo yêu cầu của từng loại bản đồ mà xác định nội dung và khối lượng của công tác đoán đọc điều vẽ. Các phương pháp đoán đọc và điều vẽ : Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4643 Điều vẽ ngoại nghiệp được áp dụng khi thành lập bản đồ có tỷ lệ lớn, các vùng có nhiều địa vật thay đổi, các vùng dân cư cần thu thập nhiều số liệu chi tiết mà không thể hoặc khó có thể xác định được trên mô hình lập thể. Phụ thuộc vào quy trình công nghệ đo vẽ hoặc đặc điểm địa lý của khu đo và mức độ nghiên cứu của nó. Phụ thuộc vào tài liệu bay chụp là mới hay cũ và các tài liệu đã có trên khu đo mà chọn phương pháp điều vẽ cho thích hợp. Hiện nay, khi thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng công nghệ số thì tốt nhất là điều vẽ trên ảnh đã được nắn đúng bằng tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Công tác điều vẽ có thể thực hiện theo 2 cách sau: Điều vẽ ngoài trời dày đặc là áp dụng khi đo vẽ lập thể mà khu đo có nhiều công trình xây dựng và khi đo vẽ phối hợp để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. Điều vẽ ngoài trời theo tuyến là áp dụng cho những khu dân cư, khu vực tương đối phức tạp cho việc đoán đọc trong phòng, khu vực chưa được nghiên cứu đầy đủ và có ít tài liệu. Đoán đọc trong phòng: Cơ sở của phương pháp là sử dụng các chuẩn đoán đọc trực tiếp và các chuẩn đoán đọc gián tiếp để giải đoán các yếu tố địa vật. Công việc này thường được thực hiện nhờ sự trợ giúp của các tư liệu cũ kết hợp với kiến thức địa chất địa mạo của khu đo để nhận biết từng đối tượng. Đoán đọc và điều vẽ kết hợp là phương pháp phù hợp cho nhiều trường hợp thành lập bản đồ ngoại trừ bản đồ địa chính. Thông thường người ta đoán đọc ở trong phòng sau đó mới điều vẽ ngoài trời theo tuyến đã thiết kế. 2.5.6. Các thao tác trên trạm ảnh số 2.5.6.1. Tạo dựng Project Là tập hợp và sắp xếp các file dữ liệu cần thiết cho một khu đo trên trạm đo vẽ ảnh số. Tên của thư mục thường được lấy từ tên của khu đo vẽ. Trong đó chứa các file dữ liệu như file camera chứa các thông tin số của máy ảnh hay file control chứa toạ độ và độ chính xác của điểm khống chế ngoại nghiệp. Ngoài ra trong thư mục còn có các file kết quả. Lúc đầu các file kết quả này còn là các file trống chỉ đến khi một số công đoạn được thực hiện xong thì các file này mới hoàn chỉnh. Sau khi tạo xong Project thì hệ thống quy chiếu, hệ toạ độ, độ cao, lưới chiếu của khu đo mới được thành lập. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4644 Cần lưu ý khi đưa vào các thông số kỹ thuật, kiểm định, hệ toạ độ, đơn vị đo, thông số các tuyến bay, toạ độ, độ chính xác của các điểm khống chế và các giới hạn cho sự hội tụ của bài toán bình sai. 2.5.6.2. Tăng dày khống chế ảnh Là khâu quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo vẽ ảnh số. Từ các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp đã có trên ảnh kết hợp với việc chọn điểm, chích điểm, chuyển điểm toạ độ ảnh và bình sai khối tam giác ảnh không gian. Xác định toạ độ và độ cao của các điểm tăng dày, đảm bảo mỗi mô hình có ít nhất 3 điểm khống chế đạt độ chính xác phục vụ công tác định hướng tuyệt đối. Sai số vị trí mặt phẳng của các điểm khống chế tăng dày ít nhất phải đạt được là 0,1mm Mbđ, còn sai số về độ cao phải bé hơn hoặc bằng 1/5 khoảng cao đều (bất kể vùng bằng phẳng hay vùng núi cao). Nhiệm vụ là xác định toạ độ điểm khống chế đo vẽ được chọn và đánh dấu ở những vị trí thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở liên kết các đối tượng đo vẽ trong phòng với thực địa. 2.5.6.3. Định hướng trong – Iterion orientation (IO) Là công tác đầu tiên được thực hiện trên một tấm ảnh. Quá trình định hướng trong thiết lập một mối quan hệ toạ độ ảnh thông qua toạ độ kiểm định của các mấu khung camera với đơn vị mm và hệ toạ độ ảnh quét thông qua kết quả đo được của các mấu khung camera tương ứng trên ảnh quét. Như vậy, bản chất của định hướng trong của ảnh số là chuyển hệ toạ độ trong không gian hai chiều từ hệ toạ độ của ảnh quét sang hệ toạ độ của mặt phẳng ảnh. Nếu như ảnh được quét từ phim thì mối quan hệ này vẫn được thiết lập cho từng tấm ảnh một. Bài toán chuyển đổi hệ toạ độ có thể được thực hiện thông qua việc đo toạ độ pixel của các mấu khung. Các mấu khung có tọa độ trong cả 2 hệ và bài toán chuyển đổi được thực hiện thông qua việc đo tọa độ pixel của các mấu khung kết hợp với tọa độ kiểm định của chúng. Mô hình thường được sử dụng là chuyển đổi affine (bậc 1 với 6 tham số). x = a0 + a1xp + a2yp (2.9) y = b0 + b1xp + b2yp Trong đó: ai,bi - là các tham số tính chuyển (i = 0,1,2) xp,yi - là tọa độ pixel của ảnh số x,y - là tọa độ mặt phẳng so với điểm chính ảnh Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4645 Sở dĩ trên các trạm xử lý ảnh số thường chọn mô hình chuyển đổi affine là vì: đối với các ảnh chụp từ phim thông qua quét ảnh được ảnh số thì hình dạng của ảnh thường thay đổi cho biến dạng của ảnh không đều của ảnh theo chiều ngang và chiều dọc. Góc giữa các trục tọa độ có thể không vuông, 2 trục tọa độ có thể lệch nhau trong khoảng 50 m (góc lệch affine), độ co dãn có thể đạt tới 90 m trên tấm ảnh 23 x 23 cm dẫn tới sai số tọa độ điểm ảnh vào khoảng 20- 30 m. Do vậy, nên dùng mô hình affine để khử các sai số này. Giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị của định hướng trong cần phải đạt là nhỏ hơn 0.3 kích thước pixel. Hiện nay trên các trạm đo ảnh số khả năng định hướng trong là khá tốt. Vấn đề kỹ thuật là nhận dạng mẫu khung tự động. Phần mềm định hướng phải tìm được tâm của mấu khung và mô hình thường được sử dụng là affine. 2.5.6.4. Định hướng tương đối  Relative orientation (RO). Là quá trình xác định mối liên hệ giữa tấm ảnh trái và phải của một cặp ảnh lập thể. Nó xác định được vị trí của các góc xoay của tấm ảnh này so với tấm ảnh của một cặp ảnh lập thể thông qua việc đo các điểm định hướng mô hình lập thể. Quá trình này được thực hiện bằng cách đo tại các điểm có vị trí phân bố chuẩn trên từng mô hình nhằm khử thị sai dọc tại các điểm trên vị trí chuẩn. Công tác định hướng tương đối cặp ảnh lập thể được thực hiện bằng cách đo đạc lần lượt các điểm phân bố chuẩn trên cặp ảnh lập thể. Để xây dựng mô hình lập thể, tối thiểu phải đo tọa độ ảnh 3 cặp điểm định hướng (là các điểm địa vật có hình ảnh rõ nét, kích thước nhỏ và nằm trong phạm vi vị trí chuẩn theo lý thuyết) đối với một cặp ảnh lập thể. Đối với việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn nói chung và nhất là đồi với các khu vực địa hình phức tạp nên chọn và đo thêm các điểm định hướng, tốt nhất là đo 5 cặp điểm định hướng chuẩn đối với cặp ảnh lập thể. Các giá trị thị sai còn tồn tại đối với tất cả các điểm trong mô hình và giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị cuả khâu định hướng tương đối từng cặp ảnh lập thể (0) yêu cầu phải nhỏ hơn 0.3 kích thước pixel. 2.5.6.5. Liên kết các dải bay Khi định hướng tương tối được hoàn thành thì các mô hình lập thể trong các tuyến bay hình thành. Như vậy phải liên kết các tuyến bay thành một khối ảnh bằng Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4646 việc đo các điểm nối trên mỗi mô hình đó nhằm tính chuyển toạ độ không gian đo ảnh của các mô hình trong cả khối về một hệ toạ độ đồng nhất. Hệ toạ độ không gian đo ảnh (khi bình sai tương đối) hoặc hệ toạ độ trắc địa (khi bình sai tuyệt đối) . Để liên kết các dải bay cần có số lượng tối thiểu là 3 điểm nối đối với từng cặp dải bay kế tiếp nhau. Các điểm nối cần phải nằm trong độ phủ và nằm cách mép ảnh tối thiểu là 1  1,5 cm. Để làm tăng độ tin cậy của việc liên kết dải bay, nên chọn và đo các điểm nối với số lượng lớn hơn 3 điểm (tối thiểu cũng phải là 4 điểm nối giữa 2 dải bay kế tiếp nhau). Sau khi đo đủ các điểm nối cho tất cả các dải bay yêu cầu phải: - Tiến hành bình sai tương đối từng nhóm của dải bay và cho toàn khối ảnh. - Giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị của khâu định hướng tương đối toàn ảnh khối (0) phải nhỏ hơn 0.3 kích thước pixel. Quá trình định hướng tương đối khối ảnh được coi là đạt yêu cầu (không phụ thuộc tỷ lệ bản đồ cần thành lập) nếu đạt được đồng thời các giá trị thị sai còn tồn tại đối với tất cả các điểm trong khối tam giác ảnh và các giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị (0) của tất cả các khâu: - Định hướng tương đối từng cặp ảnh lập thể - Bình sai khái lược từng dải bay - Bình sai khái luợc cả khối ảnh Đều nằm trong giới hạn nhỏ hơn 0.3 kích thước pixel. 2.5.6.6. Định hướng tuyệt đối  Absotute Orientation (AO) Là đưa mô hình về tỷ lệ cho trước và định hướng nó trong hệ toạ độ trắc địa. Để quá trình này được thực hiện chính xác thì phải có đủ số lượng điểm có toạ độ trong hệ toạ độ trắc địa. Để bình sai khối tam giác ảnh thì thường sử dụng chương trình như Photo-T, MATCH-AT. Khi bình sai cần phải sử dụng một số điểm khống chế ngoại nghiệp làm điểm kiểm tra. Sau khi đã bình sai xong thì tiến hành so sánh các số chênh lệch giữa các giá trị toạ độ tính toán được so với giá trị toạ độ gốc của các điểm kiểm tra đó. Các giá trị chênh này phải nằm trong hạn sai cho phép của quy phạm. Trong quá trình bình sai nếu phát hiện các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp có sai số vị trí mặt bằng và có độ cao lớn phải tiến hành kiểm tra, đo lại hoặc bổ sung. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4647 Thực hiện định hướng tuyệt đối bằng cách đo lần lượt tất cả các điểm không chế ngoại nghiệp và các điểm không chế tăng dày có trên cặp ảnh. Khi đo đạc, ta có thể phóng đại hình ảnh lên nhiều lần để đảm bảo độ chính xác nhận dạng điểm định hướng tuyệt đối. Sau khi đo xong máy sẽ tự động tính toán các yếu tố định hướng tuyệt đối bằng giải tích. Trong công nghệ ảnh số cũng như trên các máy toàn năng giải tích, quá trình định hướng tương đối và định hướng tuyệt đối thường được thực hiện đồng thời. Bởi vì khi đo ở các điểm định hướng tương đối thì các điểm này bao gồm cả các điểm định hướng tương đối, các điểm tăng dày, các điểm này được đánh bằng các mã kí hiệu khác nhau, sau khi định hướng tương đối xong máy tự động gọi các điểm tăng dày, các điểm khống chế ngoại nghiệp để tiến hành định hướng tuyệt đối không cần phải đo đạc nữa. Quá trình này được goi là định hướng một lần. Quá trình định hướng mô hình kết thúc máy tính sẽ tự động đưa ra ma trận chứa các pixel của tấm ảnh nghiêng về vị trí mới cần có trên tấm ảnh lý tưởng. Khả năng này cho phép tập hợp các pixel nằm trên những đường song song với đường đáy của cặp ảnh, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động tìm kiếm các cặp ảnh cùng tên. Các giá trị thị sai còn tồn tại đối với các điểm định hướng phải nhỏ hơn 0.3 kích thước pixel. Sau khi đo xong tất cả các điểm không chế ngoại nghiệp có trong khối ảnh phải đảm bảo không phá vỡ kết quả độ chính xác đã đạt được của các khâu định hướng tương đối mô hình lập thể. 2.5.6.7. Xây dựng mô hình lập thể Mô hình lập thể được xây dựng từ cặp ảnh lập thể, sau quá trình tăng dày khống chế ảnh, trong bộ nhớ của máy tính có các giá trị nguyên tố định hướng của ảnh, toạ độ của điểm tăng dày. Vì vậy, khi chọn cặp ảnh lập thể, mô hình lập thể đã được xây dựng tự động, tác nghiệp viên kiểm tra lại quá trình định hướng tương đối và định hướng tuyệt đối trong phạm vi của mô hình đơn. 2.5.6.8.Vẽ mô tả các yếu tố đặc trưng của địa hình Công tác đo vẽ mô tả bề mặt địa hình được tiến hành bằng cách số hóa các yếu tố đặc trưng của địa hình trên nền là mô hình lập thể đã được định hướng, phục vụ thành lập mô hình số địa hình. Công tác này có sự trợ giúp của phần mềm MGE Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4648 Terain Analyst định nghĩa và phân loại sẵn các đối tượng đặc trưng tham gia vào xây dựng mô hình số địa hình. Chúng gồm các loại sau: a. Các đối tượng dạng điểm + Check points: Là những điểm mà tọa độ độ cao của chúng được đo đạc chính xác và được dùng để đối chiếu xác định độ chính xác của mô hình số địa hình. + Regular points: Là những điểm thuộc bề mặt địa hình mà tọa độ và độ cao của chúng tham gia vào quá trình xây dựng mô hình số địa hình. + Spot Heights: Là các điểm độ cao được xác định tư công tác đo ngoại nghiệp b. Các đối tượng dạng đường + Breck lines: Là đường tạo ra bởi tập hợp các điểm ghi nhận những thay đổi đột biến của bề mặt địa hình. + Ridge lines: Là đường phân thủy, thể hiện các sông núi hoặc các điểm ghi nhận sự đột biến của bề mặt địa hình. Tất cả các điểm nằm trên đường này có độ cao cao hơn các điểm nằm về 2 phía của đường đó. + Drainge: Là đường tụ thủy, đi theo đáy của các khe, rãnh, suối. Tất cả các điểm nằm trên đường này đều có độ cao thấp hơn các điểm nằm về 2 phía của đường đó. c. Các đối tượng dạng vùng + Collection Boudary: Là đường bao được chọn chỉ ra phạm vi giới hạn của mô hình cần xây dựng. + Planes: Là những vùng mà tại đó giá trị độ cao không thay đổi. Ví dụ khu vực hồ, ao, sông ruộng… + Obscured areas: Là vùng không thể đo, không thể số hóa được độ cao một cách chính xác vì hình ảnh bị che khuất. Ví dụ như khu vực bị bao phủ bởi cây cối dày đặc, vùng bị che khuất, vùng bóng núi… Để đo vẽ mô tả các yếu tố đặc trưng của địa hình được chính các, đòi hỏi tác nghiệp viên phải có khả năng quan sát lập thể tốt, giàu kinh nghiệm về kiến thức địa mạo. 2.5.6.9. Thành lập mô hình số độ cao Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4649 DEM (Digital Elevation Model) mô hình số độ cao là tập hợp các điểm có độ cao Z và tọa độ X, Y nhằm biểu diễn một bề mặt hoặc đối tượng nào đó. Trong đo vẽ ảnh hàng không, DEM là mô hình vật lý trên càng của bề mặt điạ hình (độ cao nhà cửa, cây cối…). Dữ liệu độ cao là một dạng dữ liệu đặc biệt trong hệ thống thông tin địa lý. Nó là một trong những lớp thông tin quan trọng nhất của bản đồ, đó là địa hình. Trong công nghệ bản đồ nói chung và công nghệ địa lý nói riêng dữ liệu địa hình được thể hiện dưới dạng mô hình số độ cao (DEM). DEM chính là sự phản ánh bề mặt vật lý miền thực địa dưới dạng số. Trong đo ảnh, mô hình số độ cao được sử dụng để nắn ảnh trực giao và tạo DTM để nội suy đường bình độ. Dựa vào kết quả mô tả bề mặt địa hình, mô hình số địa hình được tạo ra một cách tự động bằng phần mềm ImageStation Match  T (ISMT). Các điểm DTM được chọn theo mạng lưới ô vuông (GRID) hay mạng lưới tam giác (TIN) tùy chọn được gọi là các điểm nút. Phương pháp tạo DTM tự động cho tốc độ nhanh chóng (trong khoảng 25  30 phút ISMT tạo ra khoảng hơn 30.000 điểm DTM). Tuy nhiên để phản ánh được chính xác bề mặt địa hình nên biểu thị các điểm DTM và chỉnh sửa những điểm cần thiết để đưọc một DTM chất lượng cao. Mô hình số địa hình là một trường hợp đặc biệt của DEM trong biểu diễn bề mặt địa hình. 2.5.6.11. Biểu diễn đường bình độ tự động Đặt khoảng cao đều giữa các đường bình độ tự động kết hợp với mô hình số địa hình tiến hành hiển thị đường bình độ tự động. Các đường bình độ tự động được nội suy và được làm trơn theo các thuật toán sau đây: - Douglas  Peuker: Làm thơn bằng cách loại bỏ những điểm thừa. Cơ sở của thuật toán này là một điểm nằm giữa 2 điểm sẽ bị loại bỏ nếu độ dài đường vuông góc hạ từ điểm đó đến đường thẳng nối 2 điểm còn lại nhỏ hơn một giá trị cho trước. - Weighted Averager: Làm trơn bình độ bằng cách xác định vị trí của điểm tạo nên đường bình độ đó thông qua lấy giá trị trung bình của chính nó với các điểm lân cận. - Parametric Fitting: Làm trơn bằng cách xác định một đường cong đi qua các điểm thuộc đường bình độ sao cho sự sai khác là ít nhất. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4650 - Rounded Corners: Làm trơn các đường bình độ bằng cách loại bỏ các góc nhọn. 2.5.6.12. Chỉnh sửa đường bình độ Các đường bình độ được hiển thị trực tiếp trên mô hình lập thể. Lúc này dữ liệu Raster và vectơr trong cùng một môi trường, ta có thể quan sát trực quan các đường bình độ bám trên bề mặt địa hình. Tiến hành chỉnh sửa các đường bình độ đi qua lòng sông, lòng hồ, các đường chưa bám bề mặt địa hình. Kết hợp với tài liệu điều vẽ, chỉnh sửa các đường bình độ đi trên ngọn cây thuộc khu vực dày đặc thực phủ. Nếu không có chiều cao cây do tài liệu điều vẽ cung cấp có thể dựa vào mô hình lập thể đo trực tiếp chiều cao cây ở những chổ đất trống. 2.5.6.13. Nắn ảnh trực giao - thành lập bình độ ảnh - Nắn ảnh trực giao Sau khi có mô hình số độ cao ta tiến hành nắn ảnh, ảnh nắn phải đảm bảo chất lượng hình ảnh và độ chính xác về vị trí mặt bằng như quy định của quy phạm. Cũng như các phương pháp nắn ảnh khác, phương pháp nắn ảnh số có nhiệm vụ biến đối hình ảnh trên ảnh nghiêng thành hình ảnh tương ứng trên ảnh trực giao chiếu và có tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ bản đồ. Khác với phương pháp nắn ảnh quang cơ và nắn ảnh giải tích, phương pháp nắn ảnh số thực hiện nhiệm vụ nắn ảnh thông qua kỷ thuật nắn ảnh phổ biến hình ảnh gốc theo phép chiếu xuyên tâm được số hoá thành hình ảnh trực chiếu. Quá trình biến đối này đựơc thực hiện đối với từng điểm ảnh hoặc đối với từng phần tử ảnh được gọi là pixel. Cơ sở toán học của phương pháp nắn ảnh số được xây dựng trên quan hệ phối cảnh giữa ảnh gốc và ảnh nắn được biểu diễn bằng các hàm sau: Đối với vùng bằng phẳng ta sử dụng phương pháp nắn ảnh phối cảnh. x=x(X,Y) X=k(x.y) y=y(X,Y) Y=k(x,y) trong đó: x,y: Là toạ độ điểm ảnh trên ảnh gốc. X,Y: Là toạ độ điểm ảnh trên ảnh nắn. Đối với vùng có chênh cao lớn ta sử dụng DEM là cơ sở hiệu chỉnh sai số trên cao địa hình, chiếu thẳng từng điểm lấy độ cao của DEM làm cơ sở. Trong nắn ảnh số trước tiên cần xác định vị trí của pixel tương ứng trên ảnh nắn, sau đó tiến hành nội suy độ xám. Do tọa độ điểm ảnh có thể không trùng với Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4651 tâm pixel của ảnh số hoá nên cần phải nội suy độ xám của điểm ảnh trên cơ sở độ xám của ma trận ảnh số, tức là thực hiện quá trình tái chia mẫu. Có ba phương pháp nội suy tái chia mẫu của điểm ảnh: Phương pháp 1: Sử dụng độ xám của pixel lân cận nhất. Phương pháp 2: Nội suy song tuyến. Phương pháp 3: Nội suy xoắn lập phương ( nội suy từ 16 pixel). Nên tính theo sự tăng dày của độ chính xác thì phương pháp thứ 3 là phương pháp cho độ chính xác cao nhất, mặc dù khối lượng tính toán nhiều nhưng vẫn được sử dụng trong nắn ảnh trực giao trên trạm đo ảnh số của hãng Intergraph. - Ghép ảnh: Tiến hành điều chỉnh độ tương phản giữa các tấm ảnh trong toàn bộ khu chụp cho phù hợp. Sau đó dựa trên các phần mềm tương ứng thực hiện ghép các tấm ảnh với nhau. - Cắt ảnh: Dựa vào tọa độ khung lưới chiếu bản đồ cần thành lập tiến hành cắt ảnh theo khung bản đồ. Kết thúc công việc này ta đã tạo ra được bình đồ ảnh trực giao. 2.5.7. Số hoá trên máy PC 2.5.7.1 Số hoá nội dung địa vật Sau khi đã nắn ảnh trực giao có chất lượng như bản đồ nên có thể đo đạc chính xác vị trí mặt phẳng mà không cần nhìn lập thể. Kết hợp với đo vẽ ngoại nghiệp để bổ sung địa hình, địa vật phức tạp. Thông thường công tác này được thực hiện trên các máy tính PC cũng có thể kết hợp với trạm sử lý ảnh số để tăng hiệu xuất làm việc. Công tác này có sự trợ giúp của kết quả đoán đọc điều vẽ ảnh, tiến hành số hoá chi tiết các đối tượng theo nội dung của bản đồ như: mạng lưới giao thông, dân cư, ranh giới hành chính, thuỷ hệ, thực vật. 2.5.7.2. Biên tập nội dung bản đồ Biên tập nội dung bản đồ là quá trình chuẩn hoá dữ liệu không gian sau khi đã số hoá và bao gồm việc gán các thuộc tính đồ hoạ cho các yếu tố để đúng với yêu cầu của quy phạm. Chuẩn hoá các đối tượng về màu sắc, đường nét, kích thước chữ, danh pháp theo đúng quy phạm. 2.5.7.3. Kiểm tra in bản đồ và lưu trữ Bản đồ sau khi được đo vẽ ta kiểm tra lại lần cuối trước khi biên tập. Biên tập bảo đảm yêu cầu thì được tiến hành chế bản điện tử và chuyển sang in bản đồ. Dùng phần mềm IPLOT trong MicroStation để in bản đồ. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4652 Hoàn thành bản đồ chồng xếp các lớp và chỉnh sửa nội dung và tương quan màu sắc giữa các yếu tố. - Chọn máy in. - Chọn bảng màu. - Chọn tỉ lệ in. - In bản đồ. - Bản đồ gốc được lưu giữ trên máy và các địa từ. Vì bản đồ được lưu trữ dưới dạng cơ sở dữ liệu, vì vậy khi in chúng ta cần phải tuân thủ theo các quy định về trình bày bản đồ để có các xử lý kỹ thuật cho phù hợp. Trên đây là toàn bộ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh số. Xử lý ảnh số trên trạm đo ảnh số cho ra các sản phẩm đặc trưng như: mô hình số địa hình, bình đồ ảnh trực giao, bản đồ số… Kết luận Trong đo ảnh thì sự khác biệt cơ bản của phương pháp đo ảnh số với các phương pháp đo ảnh truyền thống là quá trình số hoá và xử lý các thông tin bức xạ của ảnh. Nếu như đầu vào là ảnh số thì phương pháp ảnh số đã hoàn toàn loại bỏ được sai số của chất liệu phim ảnh, sai số cơ học của thiết bị đo ảnh, những sai số này tồn tại trong các phương pháp ảnh tương tự và đo ảnh giải tích. Nghĩa là độ chính xác về mặt hình học trong phương pháp đo ảnh số sẽ đạt được tốt hơn so với các phương pháp đo ảnh truyền thống. Hiện nay ảnh tương tự vẫn là nguồn tư liệu được sử dụng phổ biến hơn cả, do đó đầu vào cho phương pháp đo ảnh số là ảnh số hoá từ ảnh tương tự sau quá trình quét ảnh bằng các máy quét có độ chính xác cao. Như vậy độ chính xác của phương pháp đo ảnh số chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác của máy quét và vật liệu. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4653 Chương 3 độ chính xác của bản đồ địa hình được thành lập bằng công nghệ đo ảnh số 3.1. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác bản đồ địa hình Độ chính xác của bản đồ địa hình được thành lập bằng phương pháp đo ảnh số phụ thuộc vào độ chính xác của nguồn tư liệu ảnh, độ chính xác trong quá trình đo ảnh và độ chính xác của phương pháp. Để đánh giá độ chính xác của phương pháp đo ảnh số, ta cần tìm hiểu những nguồn sai số truyền thống và những sai số đặc thù riêng của ảnh số ảnh hưởng tới độ chính xác của phương pháp này. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của công tác thành lập bản đồ địa hình cũng như bản đồ địa chính bằng đo ảnh số: - Sai số của tấm ảnh - Sai số trong quá trình đo ảnh - Sai số của phương pháp 3.2. Sai số của tấm ảnh hàng không Như đã biết, tấm ảnh được xem là nguồn tin nguyên thuỷ của hình ảnh chụp. Do đó để đánh giá độ chính xác đối với một phương pháp thành lập bản đồ từ ảnh hàng không, cũng như phương pháp ảnh số, ta đều phải xét tới nguồn sai số của tấm ảnh. Sai số của tấm ảnh bao gồm tất cả các nguyên nhân gây ra sự biến dạng của hình ảnh chụp, sự xê dịch vị trí điểm ảnh…một tấm ảnh bao gồm các nguồn sai số sau: - Sai số do méo hình kính vật. - Sai số do khúc xạ khí quyển - Sai số do sự không song song của kính vật. - Sai số do ép phẳng phim. - Sai số do biến dạng phim ảnh. - Sai số do độ cong của trái đất. - Sai số do sản xuất dương bản. 3.2.1. Sai số do độ cong của trái đất. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4654 Tấm ảnh hàng không thường được xem là kết quả của phép chiếu xuyên tâm các đối tượng chụp lên mặt phẳng ảnh. Mặt khác, các đối tượng chụp là miền thực địa trên trái đất hình cầu, do đó chắc chắn các kết quả nhận được của phép chiếu xuyên tâm lên mặt phẳng ảnh sẽ có sự sai lệch về giá trị độ cao và sự xê dịch về vị trí của điểm ảnh. Các nguồn sai số này được tính theo công thức sau: 2 3 . 2 f H R r r  (3.1) Trong đó: H: Độ cao bay chụp. R: Bán kính trái đất. r: khoảng cách trên tấm ảnh từ điểm đáy ảnh đến điểm cần xác định. f: tiêu cự của máy ảnh. r : được xem như giá trị xê dịch vị trí điểm ảnh do địa hình lồi lõm gây ra H r r h    (3.2) h : là độ lệch chênh cao của điểm cần xác định do độ cong của quả đất gây ra. Từ công thức (3.1) và (3.2) thì sai số lớn nhất về độ cao do độ cong của trái đất được tính theo công thức: R S 8 2  (3.3) S: là đường chéo nối 2 điểm khống chế ở 2 rìa của tấm ảnh. Trong trường hợp ảnh hưởng nghiêng, số hiệu chỉnh theo công thức (3.1) là không chặt chẽ về mặt lý thuyết và ảnh hưởng của nó trong một số trường hợp có thể vượt quá sai số đo toạ độ ảnh. Nếu trong quá trình bình sai lưới tam giác không gian người ta sử dụng hệ thống toạ độ địa tâm hoặc hệ thống toạ độ mặt phẳng thẳng góc tiếp tuyến thì ảnh hưởng của sai số này được tự động loại trừ. 3.2.2. Sai số do chiết quang khí quyển Khí quyển là môi trường truyền sáng không đồng nhất, tính chiết quang của khí quyển rất phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, bụi … Vì vậy, tia sáng truyền đi trong khí quyển không phải là một đường Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4655 thẳng, điều này gây ra sự biến dạng của phép chiếu xuyên tâm và làm cho toạ độ của điểm ảnh bị thay đổi đi một lượng nào đó. Đối với công tác chụp ảnh phục vụ cho công tác đo vẽ địa hình, với máy móc và trang thiết bị chụp ảnh hiện nay, độ cao bay chụp thường không vượt quá 11km, thì sai số do ảnh hưởng của chiết quang khí quyển là: rR = 1,15.10-5 Hr(1+ 2 2 kf r ) 1- 0,035(3.H0 – H) (3.4) Trong đó: k : Tiêu cự máy chụp ảnh. R : Khoảng cách đo được từ điểm ảnh đến điểm cần xác định (mm). H0: Độ cao tuyệt đối của máy bay (km). H : độ cao bay chụp của điểm đang khảo sát (km). 3.2.3. Sai số méo hình kính vật Kính vật máy chụp ảnh hàng không là bộ phận quan trọng nhất quyết định đến chất lượng của hình ảnh trên tấm ảnh chụp. Chúng ta chưa thể chế tạo ra một kính vật hoàn hảo, không có sai sót. Sai sót lớn nhất mà trong công tác đo ảnh chúng ta cần quan tâm đến là sai số méo hình kính vật. Sai số méo hình kính vật máy chụp ảnh có ảnh hưởng trực tiếp đến toạ độ điểm ảnh. ftgrr  (3.5) Từ phương trình trên chính ta thấy rằng sai số méo hình kính vật có quan hệ với tiêu cự ảnh. Khi tiêu cự thay đổi từ f tới f + f thì sai số méo hình cũng thay đổi một lượng là - f tg. Sai số méo hình kính vật mới cho điểm ảnh là: r, = r – f tg (3.6) 3.2.4. Sai số biến dạng phim ảnh Do ảnh hưởng của các yếu tố kỹ thuật và điều kiện chụp ảnh như: nhiệt độ, độ ẩm, quá trình xử lý ảnh…nên vật liệu chụp ảnh thường bị biến dạng. Biến dạng phim là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý các số liệu đo ảnh. Nguyên nhân biến dạng chủ yếu là thay đổi kích thước tấm phim trong quá trình hình thành ảnh ngầm từ thời điểm chụp ảnh đến khi in và hiện ảnh trên phim dương. Sự biến dạng này được phân biệt thành các loại như sau: Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4656 - Biến dạng mang tính chất hệ thống, trong đó có thể có cả các trường hợp biến dạng đều trên các hướng và trên từng hướng của trục toạ độ (biến dạng affin). - Biến dạng ngẫu nhiên và cục bộ, nó xuất hiện không có quy luật nhất định và không đều trên toàn bộ mặt ảnh hoặc trên từng hướng. Rõ ràng là ảnh hưởng của biến dạng hệ thống của phim ảnh đối với vị trí điểm ảnh có thể xác định được và loại trừ trong quá trình đo ảnh. Biến dạng đều Biến dạng affine Hình 3.2 Các loại biến dạng hệ thống của phim ảnh - Biến dạng đều của phim ảnh trên các hướng hoặc trên từng hướng mang tính chất hệ thống. Biến dạng này được khử bằng cách hiệu chỉnh vào tiêu cự máy ảnh (f) một đại lượng (f). f = (K - 1).f (3.7) Trong đó: K là hệ số biến dạng phim ảnh và được xác định theo công thức sau: L LK   ' (3.8) Trong dó: L là khoảng cách gốc giữa các mấu khung toạ độ ảnh được đo trực tiếp trên mặt phẳng khung ảnh của máy chụp ảnh. L’ là khoảng cách giữa các mấu khung toạ độ tương ứng được đo trên ảnh. Từ các công thức trên, ta có thể xác định độ xê dịnh vị trí điểm ảnh m trong trường hợp biến dạng đều như sau: ff r mm  0 (3.16) Trong đó: r là khoảng cách đo trên ảnh từ điểm m đến điểm đáy ảnh O. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Trắc địa ảnh Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K4657 Hình (3.2) thể hiện sự xê dịch vị trí điểm ảnh m một đai lượng r = m0m trong trường hợp biến dạng đều trên các hướng. - Biến dạng không đều, ta cần phải xác định hệ số K theo từng hướng x, y của ảnh. x x x L LK   ' và y y y L L K   ' (3.17) Độ xê dịch vị trí điểm ảnh được tính theo công thức sau: y yx k K KK  (3.18) Nếu x < 0,01% thì sai số này có thể bỏ qua. Một số máy toàn năng cho phép hiệu chỉnh biến dạng không đều bằng cách hiệu chỉnh vào tiêu cự theo 2 hướng x, y. Có thể tính các đại lượng hiệu chỉnh theo công thức sau: fx = (Kx - 1)f fy = (Ky - 1)f (3.19) Từ đó xác định được độ xê dịch vị trí điểm ảnh trên 2 hướng toạ độ x, y: xx ff x  yy ff y  (3.20) - Biến dạng cục bộ mang tính ngẫu nhiên không có quy luật. Biến dạng này gây ra do độ dày đế phim không đồng đều hoặc xuất hiện trong quá trình xử lý phim ảnh. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng: đối với dạng nền phim ảnh sẽ gây ra những biến dạng khác nhau. Thời gian gần đây người ta sử dụng phim hàng không với biến dạng rất nhỏ của loại “EKSTRA” hoặc “KODAC” là những loại nền phim ít bị biến dạng. 3.2.5. ảnh hưởng của dạng chêm quang học củ